تخمین و جبران سازی خطای حرکتی یک سامانه سونار روزنه مصنوعی با استفاده از تکنیک مرکز فاز افزوده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه تحصیلات تکمیلی کرمان

2 دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته

چکیده

تصویربرداری از اعماق دریا با چالش های مختلفی مواجه است چراکه با افزایش عمق آب شدت نور کاهش پیدا می کند، بنابراین نمیتوان با استفاده از دستگاه‌ های تصویربرداری نوری یک تصویر برد بلند ایجاد کرد. برای تشکیل تصویر باقدرت تفکیک مناسب از سونار های روزنه مصنوعی استفاده می‌ شود. یکی از چالش های استفاده از سونارهای روزنه مصنوعی وجود نوسانات حرکتی به دلیل جریان‌های آب است. این نوسانات باعث محو شدگی تصویر تشکیل ‌شده میشوند چراکه الگوریتم‌های تشکیل تصویر با فرض حرکت مستقیم عمل می‌کنند. نوسانات ایجادشده باید تشخیص داده‌شده و اصلاح شوند. یکی از روش‌های تشخیص خطای حرکتی، استفاده از یک آرایه خطی از مراکز فاز و ایجاد همپوشانی بین یک یا چند مرکز فاز در فاصله ارسال دو پالس (پینگ) متوالی است. با پردازش سیگنال دریافتی مراکز فاز همپوشان (افزوده) می‌توان خطای حرکتی را تشخیص داده و اصلاح نمود. در این مقاله شبیه‌سازی و بهبود الگوریتم مبتنی بر مرکز فاز افزوده برای یک سامانه سونار روزنه مصنوعی ارائه گردیده است. در الگوریتم ارائه‌شده ابتدا خطای حرکتی با استفاده از محاسبه همبستگی متقابل بین سیگنال مراکز فاز افزوده تخمین زده‌شده و به‌وسیله ضرب فاز جبران سازی صورت می‌گیرد. در الگوریتم پایه، به دلیل استفاده از تقریب‌های مختلف خطای حرکتی به صورت کامل جبران نمی‌شود، لذا با استفاده از تخمین بیشترین درست نمایی خطای باقی‌مانده‌ی فاز تخمین زده و جبران می‌شود. درنهایت با استفاده از الگوریتم برد داپلر بهبودیافته تصویر هدف نقطه‌ای تشکیل می‌گردد. شبیه‌سازی‌ها عملکرد مطلوب الگوریتم پیشنهادی در تخمین و اصلاح خطای حرکتی سکو را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Motion Estimation and Compensation of a Synthetic Aperture Sonar Using Redundant Phase Center Method

نویسندگان [English]

  • Hamidreza Torkizadeh 1
  • Seyed Rouhollah samareh Hashemi 2
  • ehsan soleimaninasab 2
1 Kerman Graduate University of Industrial and Advanced Technology
2 Graduate University of Advanced Technology
چکیده [English]

Imaging the depths of the sea faces various challenges because as the water depth increases, the light intensity decreases. Therefore, it is not possible to create a high-resolution image using optical imaging devices. To form a well-resolved image in range and bearing, artificial aperture sonars are used. One of the challenges of using artificial aperture sonars is the presence of motion-induced oscillations due to water currents. These oscillations cause blurring in the formed image as imaging algorithms assume straight motion. The induced oscillations need to be detected and corrected. One method to detect motion errors is using a linear array of phase centers and creating overlap between one or more phase centers at the distance of two consecutive pings. By processing the received signal, overlapped phase centers can detect and correct motion errors. This article presents a simulation and improvement of an algorithm based on overlapped phase centers for an artificial aperture sonar system. In the proposed algorithm, motion errors are first estimated using mutual correlation calculation between the received signals of overlapped phase centers and compensated by phase multiplication. In the basic algorithm, due to the use of different approximations, motion errors are not fully compensated, so by estimating the maximum likelihood of the remaining phase error and compensating it, the algorithm improves the target image point using an enhanced Doppler beamformer algorithm. Simulations demonstrate the satisfactory performance of the proposed algorithm in estimating and correcting motion errors on the platform.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Synthetic Aperture Sonar
  • Redundant Phase Centers
  • Motion Compensation
  • Enhanced Doppler Beamforming Algorithm