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第 37 卷 第 5 期 孙宝申： 合成孔径成像的应用及发展 791

水下无人航行器(Unmanned underwater vehi- 型号是Reliant，由Bluefin公司开发，长约3 m，直径
cle, UUV) 或自治水下航行器 (Autonomous under- 约0.53 m。
water vehicle, AUV) 的研发及日益拓展的应用，为 SAS21 系统双侧、 双频同时工作， 低频为
合成孔径声呐提供了比水面船只拖曳的拖体更为 15 kHz∼32 kHz，高频为 165 kHz∼195 kHz。高低
稳定、可靠的载体，也促进了合成孔径声呐系统的 频发射波形与功率独立编程控制。低频分辨率为
性能改进及广泛应用。 7.62 cm×7.62 cm；高频分辨率为2.54 cm×2.54 cm。
4.1 NURC浅水合成孔径声呐 4.3 HISAS 1030＋HUGIN 1000 MR AUV

北约海底研究中心 (NATO undersea research HISAS 1030 是 Kongsberg Maritime (KM) 公
centre, NURC) 是北大西洋公约组织 (North At- 司在原型机 “Sensotech” 的基础上研发的多子阵干
lantic treaty organization, NATO) 下属的三个研 涉合成孔径声呐，适装于 AUV。其主要技术指标为
究与技术机构之一，负责 NATO 的海上研发，支持 分辨率优于5 cm × 5 cm (理论值2 cm × 2 cm)；速
NATO的海上作业需求。 度为 2 m/s 时，工作距离为 200 m，速度为 1.5 m/s
NURC 在 1998 年启动了水雷对抗合成孔径声 时，工作距离为 275 m；干涉测深分辨率为 5 cm×
呐的研发项目，于 2002 年按 NURC 的高水平合成 5 cm~50 cm × 50 cm；频率范围为60 kHz~120 kHz；
带宽为 50 kHz。2008 年 2 月，在挪威奥斯陆海湾进
孔径声呐系统技术指标进行了国际招标。2003 年 1
行了海试，水深50 m~100 m，AUV高度约为25 m。
月，Thales 公司中标，按 NURC 设计指标研制 SAS
系统；Bluefin公司提供AUV，IXSEA公司提供惯导
5 合成孔径聚焦技术在无损检测及医学成
系统。2006 年 6 月，在马里纳迪卡拉拉 (Marina di 像上的发展
Carrara)区域完成了水上实验。NURC完成的浅水
SAS的载体是 Bluefin-21，直径 0.53 m，长3.5 m，由 自 20 世纪 60 年代末及 70 年代初，同样是为了
Bluefin 公司批量生产，供应市场；该 SAS 的工作频 改善沿换能器移动方向的分辨率，合成孔径原理就
率为270 kHz~330 kHz；由36个主接收阵元组成，总 已经试图应用于超声成像 [7−8] 。在 20 世纪七八十

长1.2 m；沿运动方向的水平分辨率为 1.6 cm；运动 年代，合成孔径主要是用于无损检测，采用收发共置
补偿方案为罗经稳定DPC(G-DPC)导航系统。 换能器，如图6所示。
4.2 CSS RELIANT/SAS21系统 x
沿海系统站(Coastal Systems Station, CSS)位 y

于美国佛罗里达州巴拿马市圣安德鲁湾，是美国海
军的一个重要实验室。其任务为水雷战、两栖战、海 z
上特种战、潜水及生命支持的研究、开发、测试及评
图 6 收发共置换能器无损检测 A-扫描数据采集
估，还包括沿海军事行动及其他受到特别关注的先 Fig. 6 Principal set-up of a pulse-echo experi-
进对抗策略研究。 ment in ultrasonic nondestructive testing to ac-
CSS 在 2003 年的报告中指出：合成孔径声呐、 quire successive A-scans along line scans
水下自治潜器是水下研究与开发中最具有挑战性 合成孔径聚焦技术 (Synthetic aperture focus-
的两个项目，这两个项目的有机结合将提供能力超 ing technique, SAFT) 利用机电扫描系统，控制换
强、应用广泛的水下成像系统。当时，已有数个这样 能器沿预定路径移动，在预定位置发射并接收试
的项目在实施，大多为军事应用。CSS 用自已开发 样中缺陷反射的回波信号。换能器位置、发射信号
的SAS系统与Bluefin AUV集成，在2003年完成了 及回波信号波形全部存储在系统中。合成孔径聚
初步实验。 焦处理程序在设定的深度内对回波信号做线聚焦
CSS 的 AUV/合 成 孔 径 声 呐 系 统 名 为 RE- (2D-SAFT) 或点聚焦 (3D-SAFT) 处理。2D-SAFT
LIANT/SAS21 系统，据称是第一个结合了 AUV 的信噪比可以提高 8~10 dB，3D-SAFT 可以提高
[9]
及 SAS 技术的水雷对抗实验系统。其载体 AUV 的 16~18 dB 。