[發明專利]基于聲學軌道角動量的超精細三維成像方法

在審

• 申請號: 202010944517.1
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112083432A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 李勝全;葛錚;曹津舫;夏啟兵
• 申請（專利權）人: 天津水聿方舟海洋工程技術有限公司
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 王利文

1.一種基于聲學軌道角動量的超精細三維成像方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、構建聲學軌道角動量超精細三維成像聲吶；

步驟2、聲學軌道角動量超精細三維成像聲吶發射渦旋聲場并接收遠處目標反射回來的回波信號；

步驟3、分別對回波信號的俯仰角和方位角進行一次波束形成，得到該區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、分別對俯仰角和方位角進行二次波束形成，得到超精細圖像。

2.根據權利要求1所述的基于聲學軌道角動量的超精細三維成像方法，其特征在于：所述聲學軌道角動量超精細三維成像聲吶由換能器陣列和信號處理電路板組成；所述換能器陣列包括一個圓環陣和一個螺旋陣，所述圓環陣為在一個半徑為a的圓周上等間距的排布N個獨立的收發合置換能器；所述螺旋陣設于圓環陣內，螺旋陣為在半徑為a的園內螺旋排布M個接收換能器；以圓環陣的圓心為坐標原點，所有的陣列位于同一平面。

3.根據權利要求2所述的基于聲學軌道角動量的超精細三維成像方法，其特征在于：所述步驟2的具體實現方法為：

渦旋聲場的發射通過換能器陣列的圓環陣實現，N個收發合置換能器同時獨立地發射相同頻率、但初始相位不同的信號，第n個換能器的方位角為φ_n＝2πn/N，發射的信號為

其中，f為信號載頻，為第n個陣元信號的初始相位；

遠處目標反射回來的回波信號通過換能器陣列的圓環陣和螺旋陣實現。

4.根據權利要求2所述的基于聲學軌道角動量的超精細三維成像方法，其特征在于：所述步驟3的具體實現方法為：

信號處理電路板對回波信號進行時延或相移補償，使對預定方向的入射信號形成同向相加，可得到該區域一系列二維的聲吶圖像切片，最后在距離向合成這一系列切片，得到三維聲吶圖像。

5.根據權利要求2所述的基于聲學軌道角動量的超精細三維成像方法，其特征在于：所述步驟4的具體實現方法為：

信號處理電路板對任意一個方位，將步驟3得到的不同階數軌道角動量一次波束形成的幅值向量與貝塞爾理論值比對求相關系數，然后將一次波束形成信號除以相關系數予以放大，得到超精細的三維圖像。