[发明专利]一种潜水员使用的便携成像声呐系统

说明书

本发明提供一种潜水员使用的便携成像声呐系统，包括潜水员头盔和腰部处理盒，潜水员头盔包括多波束成像声呐、水下摄像机、OLED眼镜和照明灯，潜水员头盔内设置有分系统嵌入式软件；多波束成像声呐包括接收换能器、FPGA及电信号和模拟信号转换处理模块、FPGA数字信号处理控制模块发射换能器；腰部处理盒对头盔采集的数据采用综合信息处理与线控软件进行无源目标定位算法计算潜水员所跟踪目标的位置。本发明提供的系统通过构建无源定位目标模型，并采用最大似然估计法求取最优解，并能够采用HUD二维眼镜集中盔显的头盔实时呈现被监测区域各个被监测目标的图像的，具有作用距离远，隐蔽性好和抗干扰能力强等优点。

技术领域

本发明属于海底监测技术领域，具体涉及一种潜水员使用的便携成像声呐系统。

背景技术

水下环境与水上环境差异巨大，水下能见度差，这直接导致潜水员方向感差，难以自主定位，使得水下作业的潜水员面临着许多的风险和不便，尤其是在浑浊能见度差的水域水下作业时，无法及时探索发现目标和准确到达预定位置，严重影响了水下作业的效率和效果，甚至危及潜水员生命安全。

因此，一种潜水员使用的便携成像声呐能够用于潜水员水下作业时水中悬浮物体和海底凸出底面物体的探测，引导潜水员完成水下就位和作业，是水下施工及目标探测的得力助手。也可以作为蛙人信息系统的重要组成部分，负责对任务水域所需要跟踪的目标进行探测发现预警等，尤其是在浑浊能见度很差的水域，该类设备更是必不可少的设备。

发明内容

本发明针对上述缺陷，提供一种通过构建无源定位目标模型，并采用最大似然估计法求取最优解，并能够采用HUD二维眼镜集中盔显的头盔实时呈现被监测区域各个被监测目标的图像的，具有作用距离远，隐蔽性好和抗干扰能力强等优点的潜水员使用的便携成像声呐系统。

本发明提供如下技术方案：一种潜水员使用的便携成像声呐系统，包括潜水员头盔和腰部处理盒，所述腰部处理盒对所述头盔采集的数据采用综合信息处理与线控软件进行无源目标定位算法计算潜水员所跟踪目标的位置，所述无源目标定位算法包括以下步骤：

S1：构建无源目标定位声像声呐数据采集空间模型，潜水员头盔中的多波束成像声呐采集被监测目标的坐标L＝[x y]^T，所述多波束成像声呐作为发射信号端T_x，所述发射信号端T_x的坐标表示为L_T＝[0 0]^T，所述被监测区域内具有N个接收声呐信号的接收端，第i个接收端的坐标为N个接收端形成接收端集合

S2：利用所述S1步骤构建的空间以及采集到的数据，构建所述被监测目标的数据到达第i个接收端时间t_i测量计算模型：

其中，‖·‖₂代表计算欧氏距离，c为光速，为具有方差为的零均值高斯测量噪声；

S3：计算从所述发射信号端T_x至被监测目标再到第i个接收端的距离测量值r_i，N个接收端的距离测量值形成距离测量值集合所述距离测量值r_i的计算公式如下：

其中，是真实距离测量，是测量噪声，n_i遵循高斯分布高斯分布为零均值且方差为零

S4：构建在没有测量噪声的情况下，N个所述真实距离测量d_i定义的一个椭圆E_i模型：

其中，真正的被测目标位置L＝[x y]^T在至少三个实线椭圆的交点处确定；