[发明专利]一种水下全景三维成像拖体

说明书

技术领域

本发明涉及一种水下全景三维成像技术设备领域，特别涉及一种水下全景三维成像拖体；主要适用于海洋探测领域，通过拖曳平台的拖带，可对设定海域内悬浮、沉底和掩埋目标及海底地形地貌进行探测。

背景技术

随着海洋技术、海洋经济的快速发展，既给海洋装备的发展带来了前所未有的机遇，也对海洋装备的能力需求也提出了越来越高的要求，尤其是对海洋探查装备的要求从近海延展到中远海，从水中悬浮、沉底目标扩展到海底以下地质层及掩埋目标。因此，对可探测悬浮、沉底和掩埋目标的海洋全景三维探查系统的需求越来越迫切。

传统海洋探查装备包括声学、光学和磁学探查装备；首先，光学探查装备是利用激光或可视光进行可视化的观察探测，存在探测距离近且探测效果过度依赖水质清澈度等致命性缺点，至今还没有可满足工程使用的装备投入使用；其次，磁学探查装备存在作用距离近、分辨率低、探测能力有限(如不能探测非金属目标等)、虚警率高和对拖曳平台有苛刻的要求(如消磁等)等缺点，应用范围相对有限，主要应用于海底矿藏探测领域；再次，声学探查装备是利用声波反射进行探查的装备，根据声波频率可以分为次声和成像探查装备两种；次声探查装备的探测声波频率低于20Hz，成像探查装备的探测声波频率高于5kHz。次声探查装备主要存在分辨率低的缺点，不能用于小目标探测，主要应用于海底矿藏探测领域。

现有技术中，成像探查装备主要有侧扫声呐、前视多波束声呐、下视多波束声呐、浅地层剖面仪等。这些声呐各有特点，但也存在着多项缺点：1、均不能完成全景三维成像需求；2、传统浅地层剖面仪存在着探测效率低、分辨率低的缺陷，一般只能用于探测较粗的管线目标或较大范围的浅地层剖面，不适合用来探测较小的掩埋目标；3、浅地层剖面仪为二维成像，只能获得设备下方的剖面图像。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种水下全景三维成像拖体，针对现有技术中的不足，采用平板状的拖体外形和下视三维面阵配置以及中心频率为10kHz的低频率声呐基阵，通过航迹向上的合成孔径处理、基于功率谱密度分布的改进脉冲压缩方法、基于灰度分布的正下方底混响抑制方法、基于底跟踪的自适应分辨率修正方法来实时、高分辨处理三维信号；提高了掩埋目标的信噪比和成像分辨率，在该拖体中，有效地解决了探测掩埋深度与成像分辨率之间的矛盾，从而实现大深度掩埋目标的探测成像；同时，提高了拖曳姿态稳定性，并简化了拖体结构、降低了拖体的重量和尺寸，突出提高拖体姿态稳定性。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种水下全景三维成像拖体，包括拖体壳架和成像组件，其特征在于：

所述拖体壳架为内部装配有成像组件的平板型、左右对称分布型体；所述拖体壳架包括骨架、蒙皮和外围附体，所述骨架由多个平行的横梁和一个工字梁两端支撑、并垂直固定连接的两块平行侧板构成；所述蒙皮为相互形位扣合的上蒙皮和下蒙皮，其组合截面为圆弧形前部和流线形尾部，所述蒙皮内设置有成像组件；所述侧板前端为与蒙皮的圆弧形前部相匹配的弧形前板、后端为梯形尾块；所述外围附体包括尾翼板、舵板和拖曳架，所述梯形尾块上水平设置有尾翼板，所述尾翼板的两侧对称、角度可调节式设置有两块舵板，所述工字梁上侧面的中间、穿过上蒙皮固定设置有带有多个拖孔的拖曳架；所述成像组件包括接收组件和发射组件，所述接收组件包括由障板下面纵向对称平行等距阵列式固定配置的多个接收阵元构成的接收基阵、通过互联缆与接收基阵信号连通的接收电子舱；所述发射组件包括沿拖体中心线设置的发射基阵和通过互联缆与发射基阵信号连通的发射电子舱；所述接收基阵配置于拖体的前端、所述发射基阵配置于所述接收基阵的后部；所述接收电子舱和发射电子舱分别对称配置于所述发射基阵的左右两侧；

所述接收基阵采用下视三维面阵，并通过航迹向上的合成孔径处理，获得海底悬浮、沉底、掩埋目标的三维图像；所述水下全景三维成像拖体在各方向上进行高分辨成像形位为：垂向上利用匹配滤波，垂直航迹向方向上为多波束的波束形成处理，航迹向上为合成孔径处理。

所述拖体壳架水平方向上采用了平板状的拖体外形、垂直方向上采用两块侧板，使得拖体具有了姿态自动恢复能力，提高了拖体的姿态稳定性，同时还简化了拖体结构、降低了拖体的重量和尺寸。

所述拖曳架通过拖曳缆由拖曳平台拖带，并通过拖曳缆与拖曳平台之间实现供电和信息交互；所述拖体接受拖曳平台的控制指令，并将探测信息反馈给拖曳平台，完成探测任务；通过调整拖曳缆的放出长度可调整水下全景三维成像拖体的定深度。