[发明专利]一种下视与侧视集成水下全景三维成像声呐

权利要求书

1.一种下视与侧视集成水下全景三维成像声呐，其特征在于，包括侧视声呐发射基阵、侧视声呐接收基阵、拖曳架、稳定尾翼、下视三维声呐接收基阵、下视三维声呐发射机、侧视声呐发射机、侧视声呐接收机、下视三维声呐接收机、下视三维声呐发射基阵、惯导舱、水下控制模块、拖体框架、尾舵；所述拖体框架为整体对称并带有圆弧形前艏的扁平形架构，其中间竖向固定设置有拖曳架、后部两侧固定装配有两块稳定尾翼，所述稳定尾翼之间设置有两组尾舵；所述拖体框架底部设置有下视三维声呐接收基阵，所述下视三维声呐接收基阵的上方分别固定设置有下视三维声呐发射机、侧视声呐发射机、侧视声呐接收机、下视三维声呐接收机；所述拖体框架的两侧侧壁上分别对称式设置有两组侧视声呐发射基阵和侧视声呐接收基阵；所述拖曳架后部固定设置有惯导舱，所述惯导舱的两侧分别设置有下视三维声呐发射基阵，所述下视三维声呐发射基阵的两侧分别固定设置有多个水下控制模块；所述拖体框架内部中间位置还设置有发射电子舱和接收电子舱，拖体框架外部装配有蒙皮，从而构成探测声呐拖体，并通过互联缆与母船连接；

所述下视三维声呐发射机、下视三维声呐接收机、下视三维声呐发射基阵、下视三维声呐接收基阵协调工作构成下视三维声呐，所述下视三维声呐接收基阵为三维面阵式配置，并通过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、在航迹向上的合成孔径处理，探测获得海底悬浮、沉底、掩埋目标的三维图像；

所述侧视声呐发射机、侧视声呐接收机、侧视声呐发射基阵、侧视声呐接收基阵协调工作构成侧视声呐，所述侧视声呐利用自适应孔径处理和多通道大规模波束形成算法，实时获得高分辨海底声呐图像；并实时获得声呐侧下方更大开角范围内海底目标的高分辨成像。

2.根据权利要求1所述的一种下视与侧视集成水下全景三维成像声呐，其特征在于，所述下视三维声呐和侧视声呐两部声呐分机联合，可获得声呐下方至少160度开角的探测范围，从而提高了海底探测效率；两部声呐分机联合的方式为：采用同时发射和采集声波，并实时处理，实现两部声呐的同时工作；从而在相同的时间内同时获得下方三维成像结果和两侧海底地貌成像结果，两部声呐的数据通过高速交换机同步上传到水面处理中心进行处理；

所述下视三维声呐和侧视声呐两部声呐分机联合，下视三维声呐发射基阵、下视三维声呐接收基阵的收发声波的频率降低，其中心频率为10kHz，提高了声波的穿透性，实现了大深度掩埋目标的探测成像；同时，采用“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”进行信号处理和高分辨处理技术，提高掩埋目标的信噪比和成像分辨率。

3.根据权利要求1所述的一种下视与侧视集成水下全景三维成像声呐，其特征在于，两组所述侧视声呐相互之间设置有大于90度的安装角度，两组侧视声呐协调配合采用“基于功率谱密度分布的改进脉冲压缩方法”、“自适应孔径图像重建”、“时频联合的多通道大规模并行波束形成”处理技术，有效地获得海底各类悬浮和沉底小目标，以及海底地貌的高分辨率成像结果，并与下视三维声呐的图像互相补充。

4.根据权利要求1所述的一种下视与侧视集成水下全景三维成像声呐，其特征在于，所述下视三维声呐和侧视声呐采用两种方式处理声兼容设计，以免声波互相串扰影响成像质量；第一种方式是频率上的设计，充分考虑频带分布，所述三维下视声呐工作频带设置于30kHz以内，而侧视声呐的工作频带设置于200kHz以上；两者的频带差别较大，利用带通滤波器可将非本声呐分机的频率分量滤除；第二种方式是在时间上的设计，即进行同步设计，本声呐下属的各电子系统均由统一的外部同步模块进行同步，可进一步提高两种声呐的声兼容特性。

5.根据权利要求1所述的一种下视与侧视集成水下全景三维成像声呐，其特征在于，所述下视三维声呐和侧视声呐的图像采用“基于区域匹配和点特征匹配的声图拼接”技术，实现下视三维声呐获得的声呐下方图像和侧视声呐获得的声呐侧下方图像的有效拼接，获得更大宽度的扫宽，从而提高声呐对海底的扫测效率。