[发明专利]一种组合式多波束成像声呐

说明书

本发明公开了一种组合式多波束成像声呐，属于声学技术领域。其结构由观测终端、声学终端组成，观测终端接收声学终端上传数据并显示水中目标图像等信息，及实现对成像声呐的工作状态控制及参数设置。声学终端由信号发生系统、信号采集与处理系统、1个发射换能器阵、2个接收换能器阵组成，实现声信号发射、接收、采集与处理，并将获得的声呐图像上传至观测终端。采用D类推挽功率放大电路直接发射方波信号的方案，将大大简化信号源的复杂程度，发射机电路也会得到相应的简化，从而节省了硬件成本。它解决了传统二维成像声呐只能在水平方向上对目标方位进行判别的问题，进而形成三维成像声呐探测能力，可广泛用于水下目标探测与识别等领域。

技术领域

本发明属于声学技术领域，具体涉及一种组合式多波束成像声呐。

背景技术

随着海洋工程水下作业受海况及复杂地质、水文条件影响，水下能见度低下给ROV进行水下作业带来了极大的困难，ROV无法通过其摄像头直接对水下结构物进行清晰的观察监控，导致其无法高效、安全的开展水下作业。在此时，多波束成像技术的应用则成为ROV顺利完成水下工程作业的有利工具。

多波束成像技术的应用，其载体一般为成像声纳，其工作原理是利用发射换能器阵列向海底结构物发射宽扇区覆盖的声波，利用接收换能器阵列对声波进行窄波束接收，通过发射、接收扇区指向的正交性形成对海底地形的照射脚印。对这些脚印进行恰当的处理，一次探测就能给出与航向垂直的垂面内上百个甚至更多的结构物被测点的测量值，从而能够精确、快速地测出沿航线一定宽度内水下结构物的大小、形状和高低变化，比较可靠地描绘出水下结构物的形状。

根据声学成像原理，采用十字阵和由二维声呐机械旋转合成三维图像的形式，但是成像过程中无法获取视场内目标的二维角度信息，需要对场景进行动态扫描，以牺牲时间为代价获取三维空间图像信息，导致图像刷新率低，动态目标捕捉能力弱，而且成像系统对水面或水下载体平台的姿态和运动平稳性要求非常高。采用二维面阵获取三维图像，但二维阵列所带来的系统硬件成本及复杂度较高，如Echoscope Mark II三维成像声呐，同时形成128×128个波束，在开角50°×50°的范围内对水下目标进行二维角度估计，需耗费大量的硬件资源。本发明提出的组合式多波束成像声呐方法，至于要在常规二维成像声呐基础上增加一个相同的接收换能器阵，也就是采用双接收线阵代替接收面阵，与三维成像声呐波束数目N×N相比，形成的波束数目为N+N。

发明内容

本发明的目的在于提供系统结构及规模大大简化的一种组合式多波束成像声呐。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

本发明涉及的组合式多波束成像声呐由以下部分组成：观测终端、声学终端组成。

观测终端为计算机或平板电脑，内置实时成像软件，并实现对声学终端的工作参数及命令设置。

声学终端由信号发生系统、信号采集与处理系统、1个发射换能器阵、2个接收换能器阵组成，其中信号发生系统用于驱动成像声呐发射换能器阵，以向水中辐射声信号，信号采集与处理系统用于对接收换能器转换后的电信号进行采集与处理，获得水中目标图像信息，1个发射换能器完成电信号-声信号转换，2个发射换能器完成声信号-电信号转换。