[发明专利]多扇区测量系统和方法

说明书

一种测量系统包括多波束回声测深器，多波束回声测深器具有单个投射器阵列和单个水听器阵列，该测量系统构建了多分量消息，用于声穿透多个扇区，并解构了相应的消息回声，用于分析每个扇区的回波。

优先权申请并且通过引用结合

本申请是2017年3月31日提交的美国专利申请No.15,476,137的部分接续，该美国专利要求2016年4月29日提交的美国临时专利申请No.62,329,631的权益，并且本申请要求2016年8月8日提交的62,372,231的权益，所有这些申请的全部内容实际上通过引用结合于此。本申请出于所有目的通过引用包括涉及米尔斯交叉声纳的美国专利No.3,144,631、涉及用于绘制海底地形图的声纳的8,305,841、涉及扩频通信技术的7,092,440、涉及多普勒频率估计的5,483,499以及涉及频率脉冲声纳的9,244,168的公开内容的全部内容。

技术领域

本发明涉及水下声学系统、使用水下声学系统的方法以及处理和使用其产生的数据的方法。具体地，本发明涉及包括声纳系统的测量系统，所述声纳系统能够对水体底部进行多扇区声穿透(ensonification)。

背景技术

1912年泰坦尼克号撞上冰山一个月后，英国气象学家Lewis Richardson向英国专利局申请了水下测距装置的专利。Richardson发明的现代继承通常称为声纳(声音导航和测距)装置。这些装置包括使用换能器阵列投射通过液体介质的声波或压力波并且使用从散射和/或反射撞击波的特征接收相应回波的换能器阵列的装置。

可以从回声中获得关于这些特征及其环境的信息。例如，水深测量提供关于散射中心的深度的信息，水柱测量提供关于水柱中的散射中心的信息，海底表征测量提供关于在海底表面和海底表面下方的散射中心的信息。在回声中返回的信息的多样性和质量可以部分地由用于激励投射器换能器的信号的特性来确定。

获取这些信息的成本受到获取该信息所需的人力和设备的时间表的强烈影响。

虽然在减少了进行水下测量所需的时间的同时在提高数据质量和多样性方面取得了一些进展，特别是通过使用多波束回声测深器，但长期存在的技术挑战和与建造和测试昂贵的新测量设备相关的风险对进一步类似的改进构成了重大障碍。

发明内容

本发明提供了一种多扇区测量系统和方法。多扇区测量操作可能在多个测量任务中有用，包括水深测量、水柱监测、前视测量、多普勒测速、多普勒电流剖面和运动稳定。

水深测量可以受益于多扇区操作和相关的更广泛的声穿透区域，具有示例性的优势，包括更快的测量速度、冗余和目标的多方面成像中的一个或多个。

水柱监测可能会受益于多扇区操作，其方式类似于水深测量，也可能是由于每声脉冲体积的声穿透扩大。应用包括计数生物制品、发现羽状物、量化污染物浓度等。

前视声纳(FLS)可能会受益于多扇区操作，例如，声纳旋转90度，以面向其扇区。特别地，多个FLS扇区能够在每次声脉冲时搜索源前面的大体积。仅举几例，体积成像应用包括避障、监控水下构造和安全。

多普勒测速仪可以受益于多扇区操作，其优点包括使用一个或多个前/后转向扇区，这些扇区允许来自多波束回声测深器的类似两面神(Janus)的波束配置，其中，可以进行多普勒估计，例如，多普勒计程仪(DVL)估计。当源静止时，类似的设置可以用作声学多普勒电流剖面仪(ADCP)。

诸如三轴运动稳定等运动稳定可能受益于多扇区操作。例如，通常的做法是在声脉冲时使用俯仰/滚转测量来基于垂直参考电子地操纵角度校正，使得所有声脉冲报告来自相同波束角度的数据，而不管船只运动如何。使用多个扇区还可以支持对偏航、沿第三轴的旋转的校正。