使用声学轨道角动量波和模式匹配光束成形的增强水下三维成像

科学领域:

• 声学 声学 在声学方面
• 海洋学 海洋学 海洋学
• 信号处理 信号处理

背景情况:

• 高分辨率的水下3D成像对于海洋探索至关重要.
• 目前的声纳系统在获取详细目标信息方面存在局限性.
• 声波轨道角动量 (AOAM) 波为增强数据采集提供了潜力.

研究的目的:

• 探索AOAM波的应用,以提高水下3D声纳成像分辨率.
• 建立信号模型并分析水下环境中AOAM波的声场特征.
• 为了评估AOAM波与平面波的成像性能.

主要方法:

• 开发用于水下成像中的AOAM波的信号模型.
• 使用模拟和真实水下测试数据检查声场特征.
• 建议一种模式匹配光束成形 (MMBF) 方法,与统一的圆形阵列 (UCA) 和螺旋阵列相结合.

主要成果:

• 与平面波相比,AOAM波成像表现出明显减少的侧叶 (-22.43dB光线, -29.10dB高度).
• 通过AOAM波,主要叶片宽度减少了1.70°的近视角和0.40°的高度.
• 使用MMBF与真实水下回声数据成功对角反射器进行成像.

结论:

• 与MMBF和混合阵列相结合的AOAM波为水下3D声纳成像提供了卓越的性能.
• 拟议的方法提高了分辨率,减少了干扰,为更精确的海洋探索铺平了道路.
• 这项研究展示了AOAM波在现实世界水下声学成像中的实际应用.