[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(shè)計）人: 田杰;黃海寧;劉紀(jì)元
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)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(quán)代理有限公司
• 代理人: 楊小蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水聲工程領(lǐng)域，特別涉及一種可以在水下成像并顯示的手持式成像 聲納及其成像方法。

背景技術(shù)

我國境內(nèi)的河流普遍存在泥沙含量大的特點(diǎn)，所以造成水質(zhì)混濁，近海的海水 也存在相同的特點(diǎn)。在這種水質(zhì)條件下，成像的條件非常惡劣。目前，潛水員在水 下作業(yè)時，通常需要攜帶一個大功率光源，用它照射前方目標(biāo)，所以潛水員的觀察 感知范圍是光學(xué)條件下人的視覺范圍，通常在米級范圍內(nèi)。在水下作業(yè)中，也有光 學(xué)成像設(shè)備，比如微成像系統(tǒng)，但即便在水質(zhì)較好的情況下，光學(xué)設(shè)備在水下的成 像距離也只能保持在幾米量級，很難滿足在較遠(yuǎn)距離上對目標(biāo)的探測和識別。目前 雖然有微光成像系統(tǒng)用于水下，但是在渾濁水中也難以達(dá)到實(shí)用要求。而由于聲波 是唯一能在水中遠(yuǎn)距離傳播的能量方式，用聲納實(shí)現(xiàn)成像是一種有效的方式。

近岸、港口的安全防御目前受到高度重視，由于水中爆破裝置具有強(qiáng)烈的隱蔽 性，而且不易排查，所以有可能成為恐怖襲擊的重點(diǎn)。怎樣防止可能安放在船體、 碼頭、泊地和港口海(河)床上的水雷和簡易爆破裝置以及蛙人的攻擊是近岸、港 口的安全防御主要考慮的問題。而進(jìn)行對水雷和簡易爆破裝置的排查以及對入侵蛙 人的搜查，可以直接利用蛙人下水進(jìn)行作業(yè)。但是由于在水下特別是混濁水中，蛙 人的能見范圍很小，必須通過水聲成像設(shè)備來擴(kuò)大其視野以及工作范圍，因此研究 便于蛙人水下攜帶的聲成像設(shè)備成為必然。

由于手持式聲納設(shè)備主要考慮為潛水員所使用，所以其本質(zhì)是一種前視聲納， 但是現(xiàn)有的前視聲納大多采用掃描方式成像，并且體積和功耗都比較大，不適合潛 水員使用，目前國內(nèi)還沒有能夠為潛水員所使用的聲納設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決潛水員水下觀察困難的問題，本發(fā)明的目的是提供一種手持式成像聲 納及其成像方法，通過利用高分辨率成像聲納來擴(kuò)展?jié)撍畣T的視覺范圍。

本發(fā)明的手持式成像聲納，其特征在于，包括：水密電子罐、顯示器盒以及電 池盒等，其中，電池盒可以由潛水員與其他隨身攜帶的設(shè)備(如氧氣瓶)一起背負(fù)， 水密電子罐與顯示器盒可以固連在一起，由潛水員手持操作。

在所述水密電子罐的前端面安裝有換能器組，電子罐內(nèi)部放置電子系統(tǒng)，電子 罐后端面有兩個水密插座，用于通過水密電纜連接顯示器盒與電池盒，所述換能器 組包括發(fā)射換能器陣和接收換能器陣，換能器陣安裝在電子罐的前端蓋上，并且與 電子罐內(nèi)部的電子系統(tǒng)相連，在電子罐的前端蓋上通過水密O圈保證密封，電子罐 后端蓋上安裝有手柄，用于把持該聲納。另外，電子罐內(nèi)設(shè)置一個安裝架，安裝架 上安裝電子系統(tǒng)中的各個電路板。其中，所述電子系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、數(shù)據(jù) 采集板和數(shù)據(jù)處理中心等。

所述顯示器盒內(nèi)裝有顯示器，通過水密電纜完成與水密罐的信號傳輸。

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

另外，本發(fā)明的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(guān)后，發(fā)射機(jī)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，聲納即向外發(fā)射聲脈沖。

2)聲脈沖由前方目標(biāo)反射后被N元接收陣接收，產(chǎn)生N路信號；接收陣將信 號輸送到電子罐內(nèi)的接收機(jī)。

3)接收機(jī)對N路信號進(jìn)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(jī)輸出的N路信號信號進(jìn)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(jìn)行波束形成處理成為二維圖像。并將 圖像通過水密纜輸出到顯示器。

本發(fā)明的手持式成像聲納及其成像方法可以幫助潛水員在混濁水環(huán)境下觀察水 下環(huán)境和探尋目標(biāo)，其成像具有實(shí)時性，并且可以在水下實(shí)現(xiàn)成像與顯示。其通過 不等間距的接收陣實(shí)現(xiàn)了接收通道的減少，避免了大規(guī)模運(yùn)算的問題；通過水下 顯示可以提供潛水員水下操控；通過快速高效的實(shí)時波束形成實(shí)現(xiàn)了水下實(shí)時成 像。由此，可以對水下目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時成像，將圖像顯示在潛水員面前同時也可以 將圖像傳回岸上，并且其體積小、功耗低且成像分辨率高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的手持式成像聲納的組裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的手持式成像聲納的水密電子罐的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的手持式成像聲納的顯示器盒的結(jié)構(gòu)示意圖；