[發(fā)明專利]基于聲學(xué)軌道角動(dòng)量的低頻遠(yuǎn)程三維成像方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010944468.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-10
• 公開（公告）號(hào): CN112083431A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李勝全;葛錚;曹津舫;夏啟兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津水聿方舟海洋工程技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G01S15/89
• 分類號(hào): G01S15/89
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

1.一種基于聲學(xué)軌道角動(dòng)量的低頻遠(yuǎn)程三維成像方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、構(gòu)建聲學(xué)軌道角動(dòng)量超分辨三維成像聲吶；

步驟2、聲學(xué)軌道角動(dòng)量超分辨三維成像聲吶發(fā)射圓周向非均勻分布渦旋聲場(chǎng)，并接收遠(yuǎn)處目標(biāo)反射回來的回波信號(hào)；

步驟3、分別對(duì)回波信號(hào)的俯仰角和方位角進(jìn)行一次波束形成，得到得到該區(qū)域一系列二維的聲吶圖像切片，在距離向合成這一系列切片得到三維聲吶成像；

步驟4、分別對(duì)俯仰角和方位角進(jìn)行二次波束形成，得到超分辨的三維圖像。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲學(xué)軌道角動(dòng)量的低頻遠(yuǎn)程三維成像方法，其特征在于：所述步驟1的具體實(shí)現(xiàn)方法為：

所述聲學(xué)軌道角動(dòng)量超分辨三維成像聲吶由換能器陣列和和信號(hào)處理電路板組成，所述換能器陣列包括一個(gè)圓環(huán)陣和一個(gè)螺旋陣，所述圓環(huán)陣為在一個(gè)半徑為a的圓周上等間距的排布N個(gè)獨(dú)立的收發(fā)合置換能器；所述螺旋陣設(shè)于圓環(huán)陣內(nèi)，螺旋陣為在半徑為a的園內(nèi)螺旋排布M個(gè)接收換能器；以圓心為坐標(biāo)原點(diǎn)，所有的陣列位于同一平面；所述信號(hào)處理電路版用于處理接收到的回波信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聲學(xué)軌道角動(dòng)量的低頻遠(yuǎn)程三維成像方法，其特征在于：所述步驟2的具體實(shí)現(xiàn)方法為：

所述圓周向非均勻分布渦旋聲場(chǎng)由換能器陣列的圓環(huán)陣發(fā)射，N個(gè)收發(fā)合置換能器同時(shí)獨(dú)立地發(fā)射相同頻率、但幅值和初始相位不同的信號(hào)，第n個(gè)換能器的方位角為φ_n＝2πn/N，發(fā)射的信號(hào)為其中f為信號(hào)載頻,為第n個(gè)陣元信號(hào)的初始相位，為第n個(gè)陣元信號(hào)的幅值；

遠(yuǎn)處目標(biāo)反射回來的回波信號(hào)通過換能器陣列的圓環(huán)陣和螺旋陣實(shí)現(xiàn)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聲學(xué)軌道角動(dòng)量的低頻遠(yuǎn)程三維成像方法，其特征在于：所述步驟2接收的回波信號(hào)為換能器陣列接收的如下信號(hào)：

式中，A和φ_e分別為幅值和相位分布：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聲學(xué)軌道角動(dòng)量的低頻遠(yuǎn)程三維成像方法，其特征在于：所述步驟4的具體實(shí)現(xiàn)方法為：

對(duì)任意一個(gè)方位，將得到的不同階數(shù)軌道角動(dòng)量一次波束形成的幅值向量與復(fù)合貝塞爾理論值A(chǔ)比對(duì)求相關(guān)系數(shù)，然后將一次波束形成信號(hào)除以相關(guān)系數(shù)予以放大，得到超分辨的三維圖像。