[發(fā)明專利]三維側(cè)掃聲吶成陣列方法及設(shè)備

在審

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• 申請日: 2021-08-20
• 公開（公告）號: CN113406650A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 丁少春;胡錦華;黃勇;成雅瓊;王翊坤;鄒宇浩;趙希赟;賈聰
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波博海深衡科技有限公司武漢分公司;寧波博海深衡科技有限公司
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89;G01S7/52;G06F17/15
• 代理公司: 武漢知伯樂知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42282
• 代理人: 李金龍

本發(fā)明提供了一種三維側(cè)掃聲吶成陣列方法及設(shè)備。所述方法包括：根據(jù)接收時長差，將接收陣列的信號分割為若干距離快拍，對每個距離快拍進(jìn)行常規(guī)波束形成，生成基于信號強(qiáng)度的灰度圖像；根據(jù)信號強(qiáng)度設(shè)置每個距離快拍的范圍，并根據(jù)聲吶接收陣列偏航和俯仰方向的陣元數(shù)量和陣元間距，以及偏航角和俯仰角，設(shè)置二維卷積核；設(shè)置迭代次數(shù)并進(jìn)入一距離快拍，進(jìn)行Richardson?Lucy反卷積算法迭代運(yùn)算，若達(dá)到最大迭代次數(shù)，則將Richardson?Lucy反卷積算法迭代運(yùn)算的結(jié)果作為所述一距離快拍的輸出。本發(fā)明可以實時對水聲圖像進(jìn)行超分辨率成像，在聲吶的陣元數(shù)量和陣元間距受限的前提下，完成對水下物體的高精度測繪。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明實施例涉及聲吶技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維側(cè)掃聲吶成陣列方法及設(shè)備。

背景技術(shù)

三維側(cè)掃聲吶在水底地形測量領(lǐng)域有非常廣的應(yīng)用。由于這種聲吶系統(tǒng)具有可立體成像的優(yōu)點，可以獲得一個水底物體的精確三維模型，并實現(xiàn)幾何形狀的分辨。對于現(xiàn)有的三維側(cè)掃聲吶來說，其角度分辨率和距離分辨率制約了三維成像的精確性，由于三維側(cè)掃聲吶可能需要在各種狹小的環(huán)境安裝或使用，聲吶接收陣列的陣元數(shù)量和陣元間距受限明顯，進(jìn)一步限制了空間角度分辨率。在狹小的空間內(nèi)部安裝多個接收陣列較為困難，因此現(xiàn)有的三維側(cè)掃聲吶接收陣列的陣元數(shù)量較少，限制了分辨率的提升。同時，由于需要將每一個距離切片的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行波束形成處理，導(dǎo)致計算繁雜，制約了三維成像的精確性和實時性。因此，開發(fā)一種三維側(cè)掃聲吶成陣列方法及設(shè)備，可以有效克服上述相關(guān)技術(shù)中的缺陷，就成為業(yè)界亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明實施例提供了一種三維側(cè)掃聲吶成陣列方法及設(shè)備。

第一方面，本發(fā)明的實施例提供了一種三維側(cè)掃聲吶成陣列方法，包括：根據(jù)接收時長差，將接收陣列的信號分割為若干距離快拍，對每個距離快拍進(jìn)行常規(guī)波束形成，生成基于信號強(qiáng)度的灰度圖像；根據(jù)信號強(qiáng)度設(shè)置每個距離快拍的范圍，并根據(jù)聲吶接收陣列偏航和俯仰方向的陣元數(shù)量和陣元間距，以及偏航角和俯仰角，設(shè)置二維卷積核；設(shè)置迭代次數(shù)并進(jìn)入一距離快拍，進(jìn)行Richardson-Lucy反卷積算法迭代運(yùn)算，若達(dá)到最大迭代次數(shù)，則將Richardson-Lucy反卷積算法迭代運(yùn)算的結(jié)果作為所述一距離快拍的輸出。

在上述方法實施例內(nèi)容的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實施例中提供的三維側(cè)掃聲吶成陣列方法，所述對每個距離快拍進(jìn)行常規(guī)波束形成，生成基于信號強(qiáng)度的灰度圖像，包括：

其中，S(x,y)為常規(guī)波束形成輸出圖像的強(qiáng)度數(shù)值；x,y分別為波束形成輸出圖像的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，即預(yù)成波束的數(shù)量；f(m,n)為特定坐標(biāo)的陣元的原始信號，為一復(fù)數(shù)；M,N分別為聲吶接收陣列陣元在橫向和縱向的數(shù)量；j為虛數(shù)單位；m為橫向的第m個聲吶接收陣列陣元；n為縱向的第n個聲吶接收陣列陣元。

在上述方法實施例內(nèi)容的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實施例中提供的三維側(cè)掃聲吶成陣列方法，所述并根據(jù)聲吶接收陣列偏航和俯仰方向的陣元數(shù)量和陣元間距，以及偏航角和俯仰角，設(shè)置二維卷積核，包括：

其中，為卷積核二維數(shù)組；為偏航和俯仰方向的陣元數(shù)量；為偏航和俯仰方向的陣元間距；為俯仰角；為偏航角；為水聲信號的波長。

在上述方法實施例內(nèi)容的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實施例中提供的三維側(cè)掃聲吶成陣列方法，所述進(jìn)行Richardson-Lucy反卷積算法迭代運(yùn)算，包括：

其中，為上一次迭代的輸出；為本次迭代的輸出；*為二維卷積運(yùn)算。

在上述方法實施例內(nèi)容的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實施例中提供的三維側(cè)掃聲吶成陣列方法，在所述進(jìn)行Richardson-Lucy反卷積算法迭代運(yùn)算之后，還包括：若未達(dá)到最大迭代次數(shù)，則繼續(xù)進(jìn)行Richardson-Lucy反卷積算法迭代運(yùn)算。