[發(fā)明專利]手持式成像聲納及其成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810247572.4
• 申請日: 2008-12-30
• 公開（公告）號: CN101644778A
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設計）人: 田杰;黃海寧;劉紀元
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/521
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 楊小蓉

1.一種手持式成像聲納，其特征在于，包括：水密電子罐、顯示器盒以及電池 盒，

在所述水密電子罐的前端蓋安裝有換能器組，該換能器組包括發(fā)射換能器陣和 接收換能器陣，各換能器陣安裝在水密電子罐的前端蓋上，并且與安裝在水密電子 罐內(nèi)部的電子系統(tǒng)相連，所述水密電子罐的后端蓋設有兩個水密插座，用于通過水 密電纜連接所述顯示器盒與電池盒，所述水密電子罐的前后端蓋通過水密O圈實現(xiàn) 密封，所述水密電子罐后端蓋上安裝有手柄，用于把持該聲納，

所述顯示器盒內(nèi)裝有顯示器，通過水密電纜完成與水密電子罐的信號傳輸，

所述電池盒內(nèi)裝電池，通過水密電纜向水密電子罐內(nèi)的電子系統(tǒng)供電，電池盒 上裝有水密開關，用于控制電源的通斷，

在所述水密電子罐內(nèi)設置一安裝架，安裝架上安裝所述電子系統(tǒng)中的各個電路 板，所述電子系統(tǒng)包括發(fā)射機、接收機、數(shù)據(jù)采集板和信號處理中心，

所述發(fā)射機根據(jù)潛水員選擇的信號參數(shù)生成發(fā)射信號，并將此信號輸出到所述 發(fā)射換能器陣，聲納即向外發(fā)射聲脈沖，當所述發(fā)射機的發(fā)射脈沖是寬度為τ的單 頻信號，發(fā)射間隔為T，則所述發(fā)射機將每隔T秒產(chǎn)生長度為τ秒，中心頻率為 f₀的正弦信號，根據(jù)作用距離估算出需要的聲源級為SL，當所述發(fā)射換能器陣的 發(fā)射靈敏度為S_v，則所述發(fā)射機需要產(chǎn)生的電壓

V=10(SL-Sv)20]]>

所述發(fā)射換能器陣以聲源級為SL輻射聲波，聲波的水平覆蓋范圍為θ_h，垂直 覆蓋范圍為θ_v，

所述聲脈沖由前方目標反射后被N元接收換能器陣接收，產(chǎn)生N路信號，接收 換能器陣將信號輸送到所述水密電子罐內(nèi)的所述接收機，接收換能器陣采用水平不 等間距線陣，接收換能器陣的長度為L＝76/δf₀，其值小于250mm，其中，δ為 波束寬度，

所述接收機對N路信號進行前置放大和帶通濾波后輸出，接收換能器陣產(chǎn)生的 信號經(jīng)電纜傳輸?shù)剿鼋邮諜C的輸入端，所述接收機對這些信號進行信號調(diào)理，該 信號調(diào)理包括：模擬放大、帶通濾波、時變增益放大，信號調(diào)理后的模擬信號通 過所述接收機的輸出端輸送到所述數(shù)據(jù)采集板，

所述數(shù)據(jù)采集板對所述接收機輸出的N路信號進行正交采樣，成為2N路正 交信號，并將信號輸出到所述信號處理中心，

所述信號處理中心根據(jù)2N路正交信號，進行波束形成處理成為二維圖像， 并將圖像通過水密電纜輸出到所述顯示器，所述信號處理中心的具體處理方案分 為如下幾個過程：

①數(shù)據(jù)接收：接收數(shù)據(jù)采集板輸送來的2N路正交信號，并存到DSP片內(nèi)內(nèi) 存；

②數(shù)據(jù)處理過程：根據(jù)這2N路正交信號進行波束形成計算，采用正交波束形 成算法，對于每一個波束，N路I通道數(shù)據(jù)與對應COS延時表Wc相乘后直接求 和得到sI；N路Q通道數(shù)據(jù)與對應SIN延時表Ws相乘后直接求和得到sQ；sI和 sQ對應相加后取絕對值和，得到一個波束的輸出結果存儲于輸出數(shù)據(jù)池，重復128 次，得到128路波束輸出結果；

③數(shù)據(jù)輸出過程：經(jīng)過波束形成計算，形成一幅圖像，圖像的橫坐標為方位， 縱坐標為距離，對圖像進行灰度變換后輸出到所述顯示器。

2.如權利要求1所述的手持式成像聲納，其特征在于，所述電池盒由潛水員與 其他隨身攜帶的設備一起背負，所述水密電子罐與顯示器盒固連在一起，由潛水員 手持操作。

3.一種手持式成像聲納的成像方法，包括如下步驟：

1)潛水員打開電源開關后，發(fā)射機根據(jù)潛水員選擇的信號參數(shù)生成發(fā)射信號， 并將此信號輸出到發(fā)射換能器陣，聲納即向外發(fā)射聲脈沖；

2)聲脈沖由前方目標反射后被N元接收換能器陣接收，產(chǎn)生N路信號，接收 換能器陣將信號輸送到水密電子罐內(nèi)的接收機；

3)接收機對N路信號進行前置放大和帶通濾波后輸出；

4)數(shù)據(jù)采集板對接收機輸出的N路信號進行正交采樣，成為2N路正交信號， 并將信號輸出到信號處理中心；

5)信號處理中心根據(jù)2N路正交信號，進行波束形成處理成為二維圖像，并將 圖像通過水密電纜輸出到顯示器，

所述步驟1)中，當發(fā)射機的發(fā)射脈沖是寬度為τ的單頻信號，發(fā)射間隔為T， 則發(fā)射機將每隔T秒產(chǎn)生長度為τ秒，中心頻率為f₀的正弦信號，

根據(jù)作用距離估算出需要的聲源級為SL，當發(fā)射換能器陣的發(fā)射靈敏度為 S_v，則發(fā)射機需要產(chǎn)生的電壓

V=10(SL-Sv)20]]>

發(fā)射換能器陣以聲源級為SL輻射聲波，聲波的水平覆蓋范圍為θ_h，垂直覆蓋 范圍為θ_v；

所述步驟2)中，接收換能器陣采用水平不等間距線陣，接收換能器陣的長度 為L＝76/δf₀，其值小于250mm，其中，δ為波束寬度；

所述步驟3)中，接收換能器陣產(chǎn)生的信號經(jīng)電纜傳輸?shù)浇邮諜C的輸入端，接 收機對這些信號進行信號調(diào)理，該信號調(diào)理包括：模擬放大、帶通濾波、時變增 益放大，信號調(diào)理后的模擬信號通過接收機的輸出端輸送到數(shù)據(jù)采集板；

所述步驟4)中，數(shù)據(jù)采集板對N路水聽器模擬信號進行正交采樣，形成2N路 正交信號，并將這2N路數(shù)據(jù)傳送到信號處理中心的輸入端；

所述步驟5)中，所述信號處理中心的具體處理方案分為如下幾個過程：

①數(shù)據(jù)接收：接收數(shù)據(jù)采集板輸送來的2N路正交信號，并存到DSP片內(nèi)內(nèi) 存；

②數(shù)據(jù)處理過程：根據(jù)這2N路正交信號進行波束形成計算，采用正交波束形 成算法，對于每一個波束，N路I通道數(shù)據(jù)與對應COS延時表Wc相乘后直接求 和得到sI；N路Q通道數(shù)據(jù)與對應SIN延時表Ws相乘后直接求和得到sQ；sI和 sQ對應相加后取絕對值和，得到一個波束的輸出結果存儲于輸出數(shù)據(jù)池，重復128 次，得到128路波束輸出結果；

③數(shù)據(jù)輸出過程：經(jīng)過波束形成計算，形成一幅圖像，圖像的橫坐標為方位， 縱坐標為距離，對圖像進行灰度變換后輸出到顯示器。