逆合成孔徑成像在魚雷真假目標(biāo)識(shí)別中的應(yīng)用及展望

何心怡,高 賀,盧 軍,程善政

(海軍裝備研究院,北京,100161)

逆合成孔徑成像在魚雷真假目標(biāo)識(shí)別中的應(yīng)用及展望

何心怡,高 賀,盧 軍,程善政

(海軍裝備研究院,北京,100161)

針對(duì)逆合成孔徑成像在魚雷真假目標(biāo)識(shí)別中的應(yīng)用問題,分析了魚雷作戰(zhàn)時(shí)面對(duì)的水聲對(duì)抗環(huán)境以及逆合成孔徑成像機(jī)理及其應(yīng)用于魚雷真假目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的相關(guān)因素,包括分辨率、距離走動(dòng)、多普勒走動(dòng)、魚雷航速和聲學(xué)圖像識(shí)別,并探討了逆合成孔徑成像在魚雷真假目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的后續(xù)研究重點(diǎn),為該技術(shù)在魚雷上的工程應(yīng)用提供參考。

魚雷; 逆合成孔徑成像; 聲自導(dǎo)系統(tǒng); 真假目標(biāo)識(shí)別

0 引言

作為水面艦艇、潛艇與航空反潛平臺(tái)重要武器的魚雷,是作戰(zhàn)平臺(tái)實(shí)施反艦、反潛作戰(zhàn)的利器。魚雷攻擊時(shí),特別是在實(shí)施反潛攻擊時(shí),面臨的作戰(zhàn)環(huán)境非常復(fù)雜,此時(shí)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境必將充斥著各種類型的大量水聲對(duì)抗裝備,包括干擾器、自航式聲誘餌、懸浮式聲誘餌等等,特別是具有尺度目標(biāo)模擬能力的自航式聲誘餌,其獨(dú)特的“戰(zhàn)場(chǎng)混淆器”效用,對(duì)魚雷聲自導(dǎo)識(shí)別目標(biāo)真?zhèn)螏韲?yán)峻挑戰(zhàn)。唯有進(jìn)一步提高魚雷自導(dǎo)性能,特別是提高真假目標(biāo)識(shí)別能力,才能在未來反潛戰(zhàn)中充分發(fā)揮出魚雷的綜合性能與應(yīng)有的作戰(zhàn)效能,才能在未來復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中有效打擊目標(biāo)。

基于聲學(xué)成像的真假目標(biāo)識(shí)別技術(shù),是魚雷真假目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的重要發(fā)展方向[1]。其中,基于逆合成孔徑成像的真假目標(biāo)識(shí)別技術(shù)從機(jī)理而言,適用于魚雷在低速航行狀態(tài)下辨別目標(biāo)的真?zhèn)蝃2-3],具有清晰的應(yīng)用前景與較高的實(shí)戰(zhàn)價(jià)值。根據(jù)收集到的公開資料,唐勁松[4]在國內(nèi)率先開展了水中逆合成孔徑成像技術(shù)研究; 許稼較為系統(tǒng)地研究了中遠(yuǎn)距離水中目標(biāo)成像理論與應(yīng)用[2],包括合成孔徑成像、逆合成孔徑成像、寬帶相關(guān)成像,并研究提出了基于卷積-逆投影法逆合成孔徑聲吶成像算法[5]、基于時(shí)頻分析的逆合成孔徑聲吶的距離-瞬時(shí)多普勒成像方法[6]; 何心怡[3]等對(duì)逆合成孔徑成像技術(shù)在魚雷聲自導(dǎo)中的應(yīng)用方向、研究重點(diǎn)等進(jìn)行了系統(tǒng)探討與初步規(guī)劃;劉丹丹[7]、徐國軍[8-10]、錢剛[11]、何心怡[12-13]還分別研究提出了多種水中目標(biāo)逆合成孔徑成像算法與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法。

鑒于此,文中系統(tǒng)梳理了魚雷作戰(zhàn)時(shí)面對(duì)的水聲對(duì)抗環(huán)境、逆合成孔徑成像機(jī)理及其在魚雷真假目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的相關(guān)要素以及后續(xù)研究重點(diǎn),擬借此推動(dòng)逆合成孔徑成像技術(shù)在魚雷聲自導(dǎo)中的應(yīng)用研究。

1 魚雷作戰(zhàn)時(shí)面對(duì)的水聲對(duì)抗環(huán)境

魚雷反潛攻擊時(shí)通常采用主動(dòng)聲自導(dǎo)方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)(因此文中主要闡述逆合成孔徑成像在魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)中的應(yīng)用研究),面對(duì)的水聲對(duì)抗環(huán)境主要是潛艇施放的各類潛用水聲對(duì)抗裝備,主要包括氣幕彈、聲干擾器、懸浮式聲誘餌、自航式聲誘餌等,各類水聲對(duì)抗裝備的對(duì)抗機(jī)理如下[14]。

氣幕彈主要通過化學(xué)方法在水中產(chǎn)生大量不溶或難溶于水、大小不同的氣泡,這些氣泡漂浮在水中形成“氣泡幕”,以吸收與散射魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)發(fā)射的主動(dòng)聲脈沖信號(hào),并給魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)“制造”一個(gè)固定的假目標(biāo); 同時(shí),位于被掩護(hù)潛艇與魚雷之間的氣泡幕,一定程度上也屏蔽了被掩護(hù)潛艇的輻射噪聲。

聲干擾器由潛艇發(fā)射后,懸浮在水中某一深度,通過電子方法生成寬帶大功率噪聲信號(hào)向外輻射,在魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)工作頻段內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)噪聲對(duì)魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)進(jìn)行干擾,相當(dāng)于增大了魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)的背景干擾場(chǎng),縮短魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)的作用距離。

懸浮式聲誘餌由潛艇發(fā)射后,懸浮在水中某一深度或在水中某一深度范圍緩慢垂直運(yùn)動(dòng),通過向外輻射發(fā)射艇輻射噪聲樣本或潛艇模擬輻射噪聲實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射艇輻射噪聲特性的模擬; 通過檢測(cè)、應(yīng)答聲吶或聲自導(dǎo)魚雷發(fā)射的主動(dòng)聲脈沖信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)射艇聲反射特性的模擬。在應(yīng)答時(shí),懸浮式聲誘餌通常在模擬回波中疊加固定的多普勒頻移信息。

自航式聲誘餌由潛艇發(fā)射后,其模擬潛艇輻射噪聲特性和聲反射特性的技術(shù)途徑與懸浮式聲誘餌類似,主要區(qū)別在于: 1) 自航式聲誘餌通過自身的機(jī)動(dòng)(包括航速、航深、航向等)實(shí)現(xiàn)對(duì)潛艇機(jī)動(dòng)特性和多普勒頻移特性的模擬; 2) 可拖曳攜帶多個(gè)發(fā)射換能器的線列陣,實(shí)現(xiàn)在魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)頻段對(duì)潛艇尺度目標(biāo)特性的模擬; 3) 可實(shí)現(xiàn)對(duì)潛艇磁異常特性的模擬。

縱觀各類水聲對(duì)抗裝備的對(duì)抗機(jī)理,能發(fā)現(xiàn):1) 氣幕彈生成的“氣泡幕”所產(chǎn)生的反射回波不但沒有多普勒特性,而且也沒有強(qiáng)的反射亮點(diǎn),魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)可據(jù)此較容易將此類目標(biāo)作為假目標(biāo)剔除; 2) 聲干擾器的主要作用是增大魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)的背景干擾場(chǎng),可通過改進(jìn)魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)的信號(hào)處理算法,進(jìn)一步提高魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)的檢測(cè)能力,以更好地實(shí)現(xiàn)抑制聲干擾器的對(duì)抗效能; 3) 懸浮式聲誘餌最多僅具有垂直深度上的緩慢機(jī)動(dòng)能力,不具備潛艇水平機(jī)動(dòng)特性的模擬能力,其模擬回波所包含的多普勒特性與懸浮式聲誘餌的實(shí)際機(jī)動(dòng)特性不相符,魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)也可據(jù)此較容易將此類目標(biāo)作為假目標(biāo)剔除; 4) 自航式聲誘餌可較逼真地模擬潛艇機(jī)動(dòng)特性、輻射噪聲特性、聲反射特性,有的還可模擬潛艇尺度目標(biāo)特性、磁異常特性,其模擬的目標(biāo)回波在時(shí)域、頻域、空域均與實(shí)際潛艇回波較為接近,具有較強(qiáng)的“戰(zhàn)場(chǎng)混淆”能力,魚雷聲自導(dǎo)很容易將自航式聲誘餌辨識(shí)為真實(shí)目標(biāo)。

綜上分析,在未來反潛戰(zhàn)中,為有效應(yīng)對(duì)各種潛用水聲對(duì)抗裝備,特別是面對(duì)具有尺度目標(biāo)模擬能力自航式聲誘餌的挑戰(zhàn),要求魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)應(yīng)著力提高其真假目標(biāo)識(shí)別能力,重點(diǎn)提升其辨識(shí)自航式聲誘餌的能力。

2 逆合成孔徑成像機(jī)理

水中目標(biāo)逆合成孔徑成像技術(shù)屬聲學(xué)成像技術(shù),它一方面通過發(fā)射具有較高距離分辨率的寬帶信號(hào)進(jìn)行目標(biāo)探測(cè),進(jìn)而獲取高分辨的目標(biāo)距離像; 另一方面利用目標(biāo)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過對(duì)多個(gè)目標(biāo)回波的相參積累與多普勒分析獲得較高的方位分辨率,即獲取高分辨的目標(biāo)方位像,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行聲學(xué)成像[1-4]。逆合成孔徑成像的典型成像場(chǎng)景是“成像平臺(tái)靜止、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)”,由于成像平臺(tái)的自身運(yùn)動(dòng)是已知、可進(jìn)行抵消的,因此,逆合成孔徑成像適用于“成像平臺(tái)運(yùn)動(dòng)、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)”的場(chǎng)景,適用于魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)。

下面從成像分辨率、成像過程2個(gè)方面重點(diǎn)分析逆合成孔徑成像的機(jī)理。

2.1 成像分辨率分析

從距離分辨率與方位分辨率2方面考察逆合成孔徑成像。

逆合成孔徑成像所獲得的距離分辨率

式中:c是水中聲速;B為魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)發(fā)射的主動(dòng)聲脈沖信號(hào)帶寬。

由式(1)可知,距離分辨率取決于主動(dòng)聲脈沖信號(hào)帶寬。因此,針對(duì)魚雷反潛攻擊需求,根據(jù)真假目標(biāo)識(shí)別所要辨析的目標(biāo)尺度,選擇適宜的魚雷主動(dòng)聲脈沖信號(hào)帶寬,即可滿足逆合成孔徑成像所需。

逆合成孔徑成像所獲得的方位分辨率

式中: Δθ指在逆合成孔徑成像的觀測(cè)時(shí)間內(nèi),被成像目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度的總和;為魚雷主動(dòng)聲脈沖信號(hào)中心頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)。

由式(2)可知,對(duì)于魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo),只需要很小的目標(biāo)轉(zhuǎn)角就可通過逆合成孔徑成像獲得較高的方位分辨率。

綜合分析式(1)和式(2)可知,對(duì)于魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo),根據(jù)其真假目標(biāo)識(shí)別能力需求,通過設(shè)計(jì)適宜的主動(dòng)聲脈沖信號(hào)帶寬與成像所用的觀測(cè)時(shí)間,并輔以科學(xué)合理的魚雷真假目標(biāo)識(shí)別彈道,那么目標(biāo)只要有很小的旋轉(zhuǎn)角度即可通過逆合成孔徑成像獲得較高的距離分辨率與方位分辨率。

2.2 成像過程分析

在魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)應(yīng)用場(chǎng)景中,逆合成孔徑成像是利用目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像。以魚雷為基準(zhǔn)點(diǎn),目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可分解為圓周運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。如圖1所示,目標(biāo)從A點(diǎn)到B點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng),可等效為目標(biāo)先從A點(diǎn)移動(dòng)到C點(diǎn),然后再旋轉(zhuǎn)角運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn),此時(shí),對(duì)逆合成孔徑成像有貢獻(xiàn)的是從C點(diǎn)到B點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)[2-3]。

圖1 目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)分解示意圖Fig.1 Schematic of relative motion decomposition of atarget

因此,逆合成孔徑成像過程主要包括:

1) 補(bǔ)償?shù)裟繕?biāo)相對(duì)于魚雷的平移運(yùn)動(dòng),即將目標(biāo)補(bǔ)償為繞某個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的目標(biāo),此時(shí)目標(biāo)等效為旋轉(zhuǎn)體目標(biāo);

2) 根據(jù)目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度與目標(biāo)尺度,采用合適的成像算法對(duì)等效后的旋轉(zhuǎn)體目標(biāo)回波進(jìn)行聲學(xué)圖像重構(gòu),進(jìn)而得到目標(biāo)的聲學(xué)像。

首先介紹運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,設(shè)某次目標(biāo)回波

式中:a(t)為目標(biāo)回波的復(fù)包絡(luò);f0為中心頻率。

將目標(biāo)回波延遲時(shí)間

將延遲后的目標(biāo)回波去除載頻即可得到時(shí)延處理后的目標(biāo)回波復(fù)包絡(luò)

由式(5)可知,逆合成孔徑成像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償可分為2步:

1) 粗補(bǔ)償,針對(duì)目標(biāo)回波的復(fù)包絡(luò)a(t-)τ,在時(shí)延軸上進(jìn)行平移對(duì)準(zhǔn),也就是說對(duì)齊目標(biāo)回波的包絡(luò),即由式(4)對(duì)應(yīng)的處理過程來實(shí)現(xiàn);

2) 精補(bǔ)償,針對(duì)目標(biāo)回波的初始相位2πf0進(jìn)行校準(zhǔn),即由式(5)對(duì)應(yīng)的處理過程來實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過粗補(bǔ)償與精補(bǔ)償后,即可將目標(biāo)等效為繞某個(gè)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)體目標(biāo)。

再次,進(jìn)行成像處理,即利用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的目標(biāo)回波重構(gòu)目標(biāo)的聲學(xué)像。目前常用的逆合成孔徑成像方法有: 卷積反投影成像算法[5,7]、距離-多普勒成像算法[8-9]、極坐標(biāo)格式成像算法[10]、距離-瞬時(shí)多普勒成像算法[6,11]、頻域反向投影成像算法[12]以及等效圓周合成孔徑算法[12]等。各種成像算法均有其特點(diǎn)。

3 逆合成孔徑成像應(yīng)用于魚雷真假目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的要素分析

魚雷最高航速大多在 40 kn以上,速制包括單速制、雙速制、多速制與無級(jí)速制。被魚雷攻擊的潛艇目標(biāo),水下巡航速度通常在 4～8 kn,最大隱蔽航速(指潛艇在水下逃逸時(shí)其螺旋槳不空化時(shí)的最大航速)通常為十幾節(jié)。魚雷對(duì)目標(biāo)進(jìn)行真假識(shí)別時(shí),雷目距離通常處于1 km左右,此時(shí),魚雷大多處于尾追攻擊態(tài)勢(shì)。因此,將逆合成孔徑成像應(yīng)用于魚雷真假目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域,需要重點(diǎn)考慮以下要素: 分辨率、距離走動(dòng)與多普勒走動(dòng)、魚雷航速和聲學(xué)圖像識(shí)別等。

3.1 分辨率需求分析

對(duì)于魚雷真假目標(biāo)識(shí)別,近期急需重點(diǎn)辨識(shí)的目標(biāo)是潛用自航式聲誘餌與潛艇。潛用自航式聲誘餌直徑從約100 mm、長(zhǎng)1 m多至直徑約500 mm、長(zhǎng)數(shù)米不等,而潛艇長(zhǎng)度在數(shù)十米以上、寬度與高度也在數(shù)米以上,因此可知:

1) 逆合成孔徑成像選用的主動(dòng)聲脈沖信號(hào)帶寬應(yīng)足以分辨出潛用自航式聲誘餌。由式(1)可知,若主動(dòng)聲脈沖信號(hào)帶寬為5 kHz,則距離分辨率即可達(dá)到15 cm,滿足對(duì)潛用自航式聲誘餌的辨識(shí)需要;

2) 逆合成孔徑成像的方位分辨率取決于目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)角度。理論上,只要目標(biāo)有很小的旋轉(zhuǎn)角度就可實(shí)現(xiàn)較高的方位分辨率,如中心頻率為30 kHz的發(fā)射信號(hào),當(dāng)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度為0.05 rad時(shí),即可實(shí)現(xiàn) 0.5 m的方位分辨率。但由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)是非合作的,因此,采用逆合成孔徑成像進(jìn)行真假目標(biāo)識(shí)別時(shí),應(yīng)專門設(shè)計(jì)魚雷真假目標(biāo)識(shí)別彈道,根據(jù)魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)測(cè)得的目標(biāo)距離、方位和航速,魚雷按真假目標(biāo)識(shí)別彈道運(yùn)動(dòng),等效實(shí)現(xiàn)較大的目標(biāo)旋轉(zhuǎn)角度,滿足目標(biāo)聲學(xué)成像對(duì)較高的方位分辨率的需求。

3.2 距離走動(dòng)與多普勒走動(dòng)分析

如果在逆合成孔徑成像的觀測(cè)時(shí)間內(nèi),目標(biāo)產(chǎn)生的距離走動(dòng)和多普勒走動(dòng)應(yīng)不大于對(duì)應(yīng)的分辨率[9],否則將產(chǎn)生成像模糊。

為防止出現(xiàn)成像模糊,在逆合成孔徑成像觀測(cè)時(shí)間內(nèi)(取決于相參積累時(shí)所利用的目標(biāo)回波的個(gè)數(shù)與探測(cè)重復(fù)周期),距離走動(dòng)與多普勒走動(dòng)的約束條件如下[9]

式中:X和Y分別為目標(biāo)的最大縱向直徑與最大橫向直徑。

由式(6)和式(7)可知,為防止逆合成孔徑成像時(shí)的距離及多普勒走動(dòng),應(yīng)設(shè)計(jì)合理的魚雷聲自導(dǎo)的主動(dòng)聲脈沖信號(hào)的中心頻率、帶寬以及成像觀測(cè)時(shí)間等。

3.3 魚雷航速

實(shí)施逆合成孔徑成像時(shí),要將魚雷等效為靜止的成像平臺(tái),因此,針對(duì)魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)對(duì)逆合成孔徑成像的實(shí)際應(yīng)用,應(yīng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)相對(duì)性原理將魚雷的運(yùn)動(dòng)分量等效迭加到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)中,即魚雷運(yùn)動(dòng)最終將合成于目標(biāo)航速之中。如果魚雷航速過快,可能因多個(gè)目標(biāo)回波之間的去相關(guān)而導(dǎo)致無法有效實(shí)施聲學(xué)成像。因此,為避免出現(xiàn)距離走動(dòng)與多普勒走動(dòng),采用逆合成孔徑成像對(duì)目標(biāo)進(jìn)行真假識(shí)別時(shí),應(yīng)限制魚雷的航速并對(duì)魚雷彈道進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

3.4 聲學(xué)圖像識(shí)別

通過逆合成孔徑成像獲得目標(biāo)的聲學(xué)圖像后,應(yīng)根據(jù)圖像識(shí)別技術(shù)辨識(shí)目標(biāo)的真?zhèn)?即通過圖像識(shí)別算法識(shí)別聲學(xué)圖像,進(jìn)而分辨出目標(biāo)是潛艇還是水聲對(duì)抗裝備。關(guān)于聲學(xué)圖像識(shí)別,一方面應(yīng)通過魚雷實(shí)航試驗(yàn)大量獲取不同魚雷航速、不同目標(biāo)舷角時(shí),潛艇、水聲對(duì)抗裝備的聲學(xué)圖像樣本,為尋求正確高效的圖像識(shí)別算法準(zhǔn)備充足的輸入樣本; 另一方面在借鑒其他圖像識(shí)別領(lǐng)域行之有效的圖像識(shí)別算法的同時(shí),應(yīng)高度關(guān)注海洋中非等聲速水文條件下聲線彎曲現(xiàn)象對(duì)聲學(xué)成像、以及聲學(xué)圖像識(shí)別的影響。

關(guān)于非等聲速水文條件對(duì)聲學(xué)圖像識(shí)別的影響,可能的解決方法有: 1) 研究尋求對(duì)水文條件較為穩(wěn)健的圖像識(shí)別算法,提高圖像識(shí)別的正確率; 2) 根據(jù)魚雷攻擊時(shí)的水文條件尋求發(fā)展相應(yīng)的聲學(xué)圖像補(bǔ)償算法。

4 后續(xù)研究重點(diǎn)

與雷達(dá)成像相比較,逆合成孔徑成像在魚雷聲自導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)的主要困難在于水聲傳播的低速性和水聲信道起伏對(duì)成像的影響。因此,開展逆合成孔徑成像在魚雷聲自導(dǎo)中的應(yīng)用研究,應(yīng)將克服上述因素的影響作為后續(xù)研究重點(diǎn),主要包括:

1) 克服水聲傳播的低速性對(duì)逆合成孔徑成像的影響。眾所周知,雷達(dá)波傳播速度是300 000 km/s,而聲波在水中的傳播速度約是1 500 m/s。在這種情況下,對(duì)水中目標(biāo)進(jìn)行逆合成孔徑成像不能忽略潛艇等目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度,防止出現(xiàn)距離走動(dòng)與多普勒走動(dòng)的異常情況。因此,應(yīng)通過魚雷聲自導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、魚雷真假目標(biāo)識(shí)別彈道設(shè)計(jì)與成像算法3個(gè)途徑加以解決,包括魚雷主動(dòng)聲脈沖信號(hào)帶寬設(shè)計(jì)、成像觀察時(shí)間設(shè)計(jì)、成像算法以及魚雷實(shí)施真假目標(biāo)識(shí)別時(shí)的航速與彈道等等;

2) 水聲信道起伏、聲線彎曲對(duì)于逆合成孔徑成像質(zhì)量有明顯影響,為此,一方面應(yīng)加強(qiáng)在復(fù)雜水聲環(huán)境中有關(guān)逆合成孔徑成像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)研究,另一方面可借鑒雷達(dá)成像領(lǐng)域的相關(guān)成果研究如何更好地克服信道起伏影響[15-16];

3) 開展逆合成孔徑成像技術(shù)在魚雷上應(yīng)用的實(shí)航驗(yàn)證研究。目前,國內(nèi)相關(guān)研究人員在水中目標(biāo)逆合成孔徑成像的理論與仿真研究已達(dá)到一定深度,后續(xù)迫切需要開展相關(guān)實(shí)航試驗(yàn),依托實(shí)航試驗(yàn)數(shù)據(jù)尋求工程化價(jià)值高的逆合成孔徑成像算法和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法;

4) 面對(duì)復(fù)雜的水下戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境,沒有哪一種魚雷真假目標(biāo)識(shí)別技術(shù)是萬能的。因此,在開展基于逆合成孔徑成像的真假目標(biāo)識(shí)別技術(shù)研究的同時(shí),應(yīng)同步開展多種真假目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的綜合應(yīng)用研究,以期更好地提高魚雷真假目標(biāo)識(shí)別能力。

5 結(jié)束語

針對(duì)復(fù)雜水下戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)魚雷真假目標(biāo)識(shí)別能力需求,文中系統(tǒng)分析了魚雷作戰(zhàn)時(shí)面對(duì)的水聲對(duì)抗環(huán)境、逆合成孔徑成像機(jī)理及其應(yīng)用于魚雷真假目標(biāo)識(shí)別領(lǐng)域的相關(guān)要素與后續(xù)研究重點(diǎn)。鑒于后續(xù)要開展大量的魚雷實(shí)航試驗(yàn)驗(yàn)證,因此,應(yīng)根據(jù)實(shí)航試驗(yàn)情況回饋,進(jìn)一步深入審視逆合成孔徑成像在魚雷中的應(yīng)用研究,進(jìn)而為推動(dòng)魚雷水聲對(duì)抗能力的快速提高提供有力支撐。

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Application and Prospect of Inverse Synthetic Aperture Imaging Technology for Torpedo′s True/False Target Identification

HE Xin-yi,GAO He,LU Jun,CHENG Shan-zheng
(Naval Academy of Armament,Beijing 100161,China)

Aiming at the application of inverse synthetic aperture imaging technology to torpedo′s true/false target identification,the undersea acoustic countermeasure environment for torpedo operation,the imaging mechanism of inverse synthetic aperture,and some correlation factors with torpedo′s true/false target identification are analyzed,including resolution,range walk,Doppler walk,speed of torpedo,and acoustic image recognition. The further research topics on application of inverse synthetic aperture imaging technology to torpedo′s true/false target identification are discussed. This study may provide a reference for the engineering application of a torpedo.

torpedo; inverse synthetic aperture imaging; acoustic homing system; true/false target identification

TJ630.3; TN973.3

A

2096-3920(2017)03-0226-05

【編者按】對(duì)中遠(yuǎn)距離水中目標(biāo)的真假識(shí)別是魚雷、攻擊型無人水下航行器等裝備的研究熱點(diǎn),而基于逆合成孔徑聲學(xué)成像的真假目標(biāo)識(shí)別技術(shù)是一種在中遠(yuǎn)程距離上,適用于魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo),具有較好發(fā)展?jié)摿Φ恼婕倌繕?biāo)識(shí)別技術(shù)。美國在20世紀(jì)90年代就開展了逆合成孔徑成像在水聲中的應(yīng)用研究,但由于該研究領(lǐng)域軍事意義顯著,許多研究成果仍處于保密狀態(tài)。自 20世紀(jì) 90年代后期,國內(nèi)學(xué)者也開展了該領(lǐng)域的相關(guān)研究工作,目前的研究成果主要集中在水中目標(biāo)逆合成孔徑成像算法方面。本文作者在國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目的支撐下,系統(tǒng)研究了逆合成孔徑成像技術(shù)在魚雷主動(dòng)聲自導(dǎo)中的應(yīng)用原理、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、成像算法和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法等,為該技術(shù)在魚雷上的工程應(yīng)用提供了理論依據(jù)。受本刊邀請(qǐng),作者簡(jiǎn)明扼要地介紹了其主要研究成果,文中內(nèi)容對(duì)魚雷真假目標(biāo)識(shí)別研究領(lǐng)域具有較強(qiáng)的牽引作用與借鑒價(jià)值。

何心怡,高賀,盧軍,等. 逆合成孔徑成像在魚雷真假目標(biāo)識(shí)別中的應(yīng)用及展望[J]. 水下無人系統(tǒng)學(xué)報(bào),2017,25(3): 226-230.

10.11993/j.issn.2096-3920.2017.03.002

2017-03-13;

2017-05-09.

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(60902071).

何心怡(1976-),男,博士,高級(jí)工程師,主要從事水中兵器論證與研究工作.

(責(zé)任編輯: 楊力軍)