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基于多传感器的圆周合成孔径声呐运动补偿方法

黄天风 叶天明 杜选民 杨天霖

黄天风, 叶天明, 杜选民, 等. 基于多传感器的圆周合成孔径声呐运动补偿方法[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(3): 1-8 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0063
引用本文: 黄天风, 叶天明, 杜选民, 等. 基于多传感器的圆周合成孔径声呐运动补偿方法[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(3): 1-8 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0063
HUANG Tianfeng, YE Tianming, DU Xuanmin, YANG Tianlin. A Motion Compensation Method for Circular Synthetic Aperture Sonar Based on Multi-Sensor[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0063
Citation: HUANG Tianfeng, YE Tianming, DU Xuanmin, YANG Tianlin. A Motion Compensation Method for Circular Synthetic Aperture Sonar Based on Multi-Sensor[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0063

基于多传感器的圆周合成孔径声呐运动补偿方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0063
基金项目: 国家自然科学基金项目资助(批准号: 12404516).
详细信息
    作者简介:

    黄天风(1997-), 男, 硕士, 助理工程师, 研究方向为水声成像与目标识别

    通讯作者:

    叶天明(1992-), 男, 博士, 高级工程师, 研究方向为水声成像与目标识别.

  • 中图分类号: TB565; TN911.7

A Motion Compensation Method for Circular Synthetic Aperture Sonar Based on Multi-Sensor

  • 摘要: 圆周合成孔径声呐(CSAS)是一种搭载于移动平台、具备高分力水下成像的声呐系统, 其成像质量对平台位姿精度高度敏感。实际测绘的过程中, 无人平台常受到水流、风浪等环境因素影响, 导致其运动轨迹偏离理想路径, 产生位置和姿态偏差, 严重影响成像质量。现有CSAS运动补偿方法多依赖水声定位系统获取平台位置信息, 但该方法通常需要布设额外的水声基站, 对外部辅助设备存在一定依赖。针对这一问题, 文中围绕CSAS平台运动误差对成像结果的影响及其几何补偿方法开展研究, 构建了一种基于全球定位系统(GPS)与惯性导航系统(INS)多传感器组合的CSAS平台运动补偿方法。通过融合GPS获取的平台位置信息与INS提供的姿态数据, 实现对声呐平台位姿的联合估计, 并据此对声呐阵列空间位置进行修正, 从而减小平台运动误差对成像结果的影响。文中仿真分析了平台运动误差对成像结果的影响, 并通过湖上试验数据验证了所提方法的有效性。试验结果表明, 该方法能有效修正平台运动引起的运动误差, 提升CSAS成像质量。该方法无需依赖外部水声定位系统, 仅利用平台自主导航传感器即可实现有效运动补偿, 为CSAS系统在复杂环境下的高分辨成像提供了一种简便实用的技术途径。

     

  • 图  1  平动误差仿真成像结果图

    Figure  1.  Simulated imaging results under translational motion errors

    图  2  转动误差仿真成像结果图

    Figure  2.  Simulated imaging results under rotational motion errors

    图  3  基于多传感器运动补偿后的仿真成像结果图

    Figure  3.  Simulated imaging result after motion compensation based on multi-sensor fusion

    图  4  十字架目标

    Figure  4.  Cross-shaped target

    图  5  GPS轨迹

    Figure  5.  Measured GPS trajectory

    图  6  惯导数据

    Figure  6.  INS data

    图  7  回波图像

    Figure  7.  Echo image

    图  8  试验成像结果图

    Figure  8.  Experimental CSAS imaging results

    表  1  图像定量评价结果

    Table  1.   Quantitative Evaluation Results of Images

    误差形式图像熵对比度
    平动误差纵向2.20042.6287
    垂向3.19022.6080
    横向5.35352.5215
    转动误差俯仰2.36352.6023
    航向3.54702.5938
    横滚5.87572.4124
    无误差2.00812.6290
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-03-31
  • 修回日期:  2026-05-14
  • 录用日期:  2026-05-20
  • 网络出版日期:  2026-06-04
图(8) / 表(1)

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