[实用新型]基于球面阵的水下目标声成像装置

说明书

本实用新型涉及一种基于球面阵的水下目标声成像装置。本实用新型包括信号发生模块、功率放大模块、相控发射模块、相控接收模块、前置放大模块、数据采集模块、球面阵、消声水箱和程控计算。所述的球面阵具有61个阵元，其中的32个阵元作为发射阵元，其余阵元作为接收阵元；所述的相控发射模块、相控接收模块构成相控系统，所述的相控系统控制球面阵的聚焦波束在三维空间中扫描。本实用新型不需要冗杂的算法和外设电路，仅对阵型和收发方式进行一定的设计和处理，就能达到旁瓣抑制的目的。

技术领域

本实用新型属于超声成像技术领域，尤其是涉及一种基于球面阵的水下目标声成像装置。

背景技术

水下目标成像技术能够较为完整地获取目标的特征信息，在海洋探测中有着重要的作用。目前，对目标进行光成像和电磁波成像的技术发展得较为成熟，但是这些方法仅限于陆地，由于水中介质很复杂，光波和无线电波在水中衰减严重，传播距离有限，且生成的目标图像质量较差，图像分辨率低。考虑到声波在水中可以传播的很远，能够克服复杂的水文条件，人们多采用声成像技术对水下目标进行探测和识别，其中，基于波束形成技术的水下声成像技术通过对阵列中每个阵元接收的信号作一定的处理，使形成的波束指向性足够尖锐，并衰减来自其它方向上的干扰回波，对扫描区域重复波束形成过程，就可以对目标观测区域进行成像，因此应用十分广泛。然而，面对实际复杂的水域，特别是在存在海底背景或非成像目标强干扰的情况下对掩埋物成像时，对于多波束成像系统，波束旁瓣和成像分辨率的高低直接影响着成像效果的好坏，因此改善波束性能和提高系统分辨率是水下声成像研究中的一个重要问题。

为了抑制波束旁瓣，以往采用的方法主要为幅值加权处理法和自适应波束形成法，虽然这些方法能够得到比较低的旁瓣，但是在约束旁瓣的同时，主瓣有或多或少的展宽，使得成像分辨力有所下降，且涉及到各种算法，计算量庞大，甚至对硬件要求较高，使得在实际工程应用中受限。如今，从阵元排布方面考虑，利用不等间隔阵并运用孔径变迹技术来抑制旁瓣的方法研究越来越多，该方法能够有效抑制旁瓣且主瓣基本不受影响，实现过程简单。但在众多研究中，都是以一维线列阵为研究对象，没有对基阵的阵型进行深入研究，若能利用波束形成技术，使用面阵甚至是体积阵对水下目标进行成像，不仅能够抑制波束旁瓣，提高成像分辨力，而且能够直接获取目标的三维信息。

发明内容

本实用新型针对现有技术的不足，从阵列类型的角度考虑，提出了一种利用球面阵进行水下目标声成像的装置。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案是：

本实用新型包括信号发生模块、功率放大模块、相控发射模块、相控接收模块、前置放大模块、数据采集模块、球面阵、消声水箱和程控计算，信号发生模块的输入端与程控计算的一个输出端连接，信号发生模块的输出端与功率放大模块的输入端连接，功率放大模块的输出端与相控发射模块的一个输入端连接，相控发射模块的另一个输入端与程控计算的另一个输出端连接，相控发射模块的输出端与球面阵的输入端连接；所述球面阵设置在消声水箱内，且水下目标位于球面阵的聚焦点；球面阵的输出端与相控接收模块的一个输入端连接，相控接收模块的另一个输入端与程控计算的再一个输出端连接，相控接收模块的输出端与前置放大模块的输入端连接，前置放大模块的输出端与数据采集模块的输入端连接，数据采集模块输出端与程控计算的输入端连接。

所述的球面阵具有61个阵元，其中的32个阵元作为发射阵元，其余阵元作为接收阵元；所述的相控发射模块、相控接收模块构成相控系统，所述的相控系统控制球面阵的聚焦波束在三维空间中扫描。

进一步说，所述的球面阵由1个曲率半径为150mm的刚性球冠体和61 个直径为16mm，厚度为1.5mm的平面圆形压电陶瓷阵元组成，球面阵的孔径为160mm。

进一步说，在刚性球冠体的中央单独放置了1个阵元，其余阵元紧密排布于圆心同轴的不等半径的4层圆环上，由内向外，依次排布6、12、18和 24个阵元。

本实用新型的有益效果在于：