[发明专利]一种浅水多波束测深仪用快速动态聚焦方法

说明书

技术领域

本发明属于多波束测深领域，尤其涉及能够解决近场效应的，一种浅水多波束测深仪用快速动态聚焦方法。

背景技术

我国拥有大面积的海域和江湖内河，且大部分属于浅水环境，为充分的了解水底地形，浅水多波束测深仪发挥着不可替代的作用。随着科技的不断进步，人们对获取水底地形的精度有着越来越高的要求，而常规多波束测深仪中为简化计算，常采用远场近似模型，在满足r＞＞D²/λ时可以保证高精度，其中r为目标离阵元中心的距离，D为基阵的孔径大小，λ为接收信号的波长，而对于不满足该条件的近场情况，测深精度急剧下降。为了确保多波束测深仪在整个探测范围内都保证测深精度，近场情况不容许忽视，特别是在浅水为主的河道等场合，这个问题尤为突出。

为解决近场问题，国内外专家学者开展了许多理论研究，但多限于理论仿真或分段聚焦处理方法。其中理论仿真仅限于测深精度分析，无法应用在浅水多波束测深仪的快速测量中；分段聚焦处理方法虽然可以快速实现但以损失测量精度为代价。谌颖等人在其发表的文章中提出“采用分级聚焦波束形成的快速声成像算法”，谌颖,叶青华,黄海宁.采用分级聚焦波束形成的快速声成像算法[J],应用声学,2008,27(3):207-210。虽然计算速度提高了，但是动态波束聚焦误差较大。因此，急需一种新的快速高精度动态波束聚焦方法。

发明内容

本发明的目的是提供具有高精度的，一种浅水多波束测深仪用快速动态聚焦方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种浅水多波束测深仪用快速动态聚焦方法，包括以下几个步骤：

步骤一：水声换能器阵元采集多波束测深仪的回波声信号，将声信号转换为电信号，再经过处理得到数字信号；

步骤二：将数字信号经过正交变换得到回波声信号的复数形式V_m；

步骤三：选择一个预设角度θ_k，根据采样点号N和阵元号m，计算出第i个阵元的相移参数τ_mki，

其中角度项影响因子距离项影响因子c为声速，f_s为采样率，π为圆周率，d为阵元间距，λ为波长，k为波束数；

将第i个阵元的相移参数τ_mki通过坐标旋转数字计算，得到第i个阵元的相移参数τ_mki的复数形式；

步骤四：将每个阵元的相移参数的复数形式和回波声信号的复数形式V_m，按通道号和采样点号对应乘累加，得到单波束的动态聚焦结果其中M为阵元总数；

步骤五：判断是否存在未被选择的预设角度，如果存在，重复步骤三～步骤四，否则，输出所有单波束的动态聚焦结果。

本发明的有益效果：

提供了一种快速的动态聚焦技术，根据预设目标离基阵距离的不同和阵元号的不同，计算出对应的各阵元的相移参数，然后将相移参数转换为复数形式和回波信号的复数形式按通道号对应乘累加，得到快速动态聚焦结果。同时引入面积与速度互换原则，解决了动态聚焦的快速计算问题。本发明有益的效果是：在不损失多波束测深中动态聚焦精度时，具有快速计算的能力，且结构简单，易于实现，可广泛用于提高浅水多波束测深仪的近场快速测量精度。

附图说明

图1本发明的方法流程图，

图2本发明具体实施例的连接系统框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。

1、一种浅水多波束测深仪用快速动态聚焦方法，包含步骤如下：

步骤一：用水声换能器采集多波束测深仪的回波信号，进行声电转换，再经过放大、滤波、时变增益控制和模数转换降采样得到数字信号；

步骤二：将步骤一的结果经过正交变换得到回波信号的复数形式V_m；

步骤三：根据动态聚焦波束形成的预设角度θ_k、采样点号N和阵元号m，快速计算出各阵元的相移参数其中角度项影响因子距离项影响因子c为声速、f_s为采样率、π为圆周率、d为阵元间距、λ为波长、k为波束数；

将相移参数结果τ_mk通过快速坐标旋转数字计算，分别产生相移参数的正弦结果sin(τ_mk)和余弦结果cos(τ_mk)；