基于反卷积波束形成的高分辨声呐成像算法

摘要

常规波束形成(CBF)因其强鲁棒性和低复杂度等优势，被广泛应用于水下声学成像领域，但分辨率受声学物理孔径限制．为在有限阵列孔径下提高成像分辨率，多种基于强度的反卷积波束形成算法被应用在成像中，但前提要求目标非相干，理论上忽略了因目标相干而产生的交叉项干扰，导致声学图像上产生高强度旁瓣干扰．针对传统CBF波束分辨率低和旁瓣抑制能力弱，以及基于强度的Richardson-Lucy(RL)反卷积波束形成与声呐成像模型失配问题，本文提出了基于单调快速迭代收缩阈值算法(MFISTA)的反卷积波束形成算法，将反卷积波束形成扩展到相干目标的高分辨率成像领域，提高成像分辨率和抑制旁瓣强度．该算法将CBF的输出结果直接表示为复数的点扩散函数(PSF)与目标方位的卷积结果，并采用MFISTA进行迭代解算．通过在复数域进行反卷积波束形成，避免了因取功率带来的平方运算，进而从理论上消除了基于强度反卷积中交叉项干扰．通过均匀直线阵成像声呐的仿真和实验结果表明，与CBF和RL反卷积相比，所提出方法在波束分辨率、旁瓣抑制能力和成像效率等方面表现出显著的成像性能．

关键词

声呐成像 / 高分辨率 / 反卷积波束形成 / 单调快速迭代收缩阈值算法

基金资助

自然资源部海洋环境信息保障技术重点实验室资助项目(2023E7-0081); 中国科学院声学与海洋信息全国重点实验室资助项目(SKLA202407); 国家自然科学基金资助项目(52401409)