專利名稱：用于多波束合成孔徑聲吶的組合聲基陣的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種組合聲基陣。
背景技術(shù)：
多波束測(cè)深聲吶是當(dāng)前用于海底地形測(cè)繪的最主要設(shè)備之一，它能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍 的全覆蓋測(cè)量，具有快速、精確的獲取水下地形的能力及發(fā)現(xiàn)目標(biāo)、識(shí)別海底類型的能力。 多波束測(cè)深聲吶的工作原理是利用聲基陣發(fā)射和接收超聲波探測(cè)脈沖信號(hào)，通過波束形成 技術(shù)在若干個(gè)波束預(yù)成角方向上形成波束，然后利用信號(hào)處理手段估計(jì)出每個(gè)波束點(diǎn)對(duì)應(yīng) 的深度，從而得到海底的地形、甚至地貌信息。分辨率是多波束測(cè)深聲吶的主要性能指標(biāo)之 一，決定了地形、地貌圖像的清晰程度，也關(guān)系到是否能夠觀察到水下目標(biāo)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。由 于多波束測(cè)深聲吶的聲吶基陣都是安裝距海底較遠(yuǎn)的測(cè)量船上，聲吶投射到海底的波束腳 印大，導(dǎo)致其航向分辨力較低。合成孔徑技術(shù)能夠采用小物理孔徑基陣，依靠信號(hào)處理虛擬合成大孔徑基陣 來提高航向分辨率。多波束合成孔徑聲吶是采用了合成孔徑技術(shù)的多波束測(cè)深聲吶， 國(guó)內(nèi)此前尚沒有關(guān)于多波束合成孔徑聲吶的文獻(xiàn)報(bào)道。出自美國(guó)專利庫(kù)的專利號(hào)為 US20020126577A1 的《Multibeam synthetic aperture sonar》對(duì)多波束合成孔徑聲吶系 統(tǒng)的組成進(jìn)行了聲明。該多波束合成孔徑聲吶系統(tǒng)的聲基陣結(jié)構(gòu)采用了傳統(tǒng)多波束測(cè)深聲 吶的Mills交叉結(jié)構(gòu)，該基陣結(jié)構(gòu)用于多波束合成孔徑聲吶時(shí)存在不足之處脈沖發(fā)射頻 率一定的情況下，當(dāng)聲吶前進(jìn)速度過快時(shí)，會(huì)導(dǎo)致空間欠采樣，從而使重構(gòu)圖像產(chǎn)生方位模 糊，也就是說，這種基陣結(jié)構(gòu)限制了測(cè)繪速率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高聲吶測(cè)繪速率、同時(shí)避免方位模糊的用于多 波束合成孔徑聲吶的組合聲基陣。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的主要由一個(gè)長(zhǎng)線性發(fā)射換能器、方位向與距離向兩條接收線陣組成；接收線陣由 間距均勻的一組傳感器組成；方位向與距離向兩條接收線陣相互垂直放置，長(zhǎng)線性發(fā)射換 能器與距離向接收線陣垂直；距離向接收線陣用于多波束形成、通過對(duì)其回波信號(hào)的波束 形成處理在若干個(gè)角度上形成波束，在脈沖發(fā)射頻率一定的情況下，母船的航行速度增大 時(shí)，通過對(duì)方位向接收陣各陣元回波信號(hào)的合成孔徑處理，去除空間欠采樣引起的方位模 糊。方位向接收陣傳感器的個(gè)數(shù)N滿足關(guān)系式V = (N · f；)/2，其中V是母船航行 速度、fr為脈沖發(fā)射頻率、D為傳感器尺寸。長(zhǎng)線性發(fā)射換能器、方位向接收線陣和距離向接收線陣處于同一平面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合了多波束測(cè)深聲吶和常規(guī)合成孔徑聲吶基陣的優(yōu)點(diǎn)，利用 兩條接收線陣的垂直組合，提高多波束合成孔徑聲吶基陣速度的同時(shí)仍能夠避免方位模糊，該發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低。通過此發(fā)明，多波束合成孔徑聲吶在具有方位向高分辨率的 同時(shí)，能夠大大提高測(cè)繪速率。


圖1單條接收線陣結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 —種用于多波束合成孔徑聲吶的組合聲基陣結(jié)構(gòu)示意圖；圖3基陣面與基陣架組合方式示意圖；圖4基陣面在母船殼體上的放置方式示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述本發(fā)明主要由一個(gè)長(zhǎng)線性發(fā)射換能器、兩條接收線陣組成，接收線陣由間距均勻 的多個(gè)傳感器組成，傳感器個(gè)數(shù)和間距根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求而定。該組合聲基陣的特征在于 方位向和距離向兩條接收線陣相互垂直放置、長(zhǎng)線性發(fā)射換能器與距離向接收線陣垂直。 其中距離向接收線陣用于多波束形成，通過對(duì)其回波信號(hào)的波束形成處理，能夠在若干個(gè) 角度上形成波束；在脈沖發(fā)射頻率一定的情況下，母船的航行速度增大時(shí)，通過對(duì)方位向接 收陣各陣元回波信號(hào)的合成孔徑處理，能夠去除空間欠采樣引起的方位模糊，從而提高聲 吶測(cè)繪速率。方位向接收陣傳感器的個(gè)數(shù)N根據(jù)系統(tǒng)指標(biāo)要求而定，且N需滿足關(guān)系式V =(NO- &)/2，其中ν是母船航行速度、f；為脈沖發(fā)射頻率、D為傳感器尺寸，此時(shí)的母船 航行速度是僅具有距離向接收線陣時(shí)的N倍。現(xiàn)以具有64個(gè)傳感器1的距離向接收線陣4、具有16個(gè)傳感器1 (方位向尺寸0. 2 米)的方位向接收陣5及一個(gè)長(zhǎng)線性發(fā)射換能器3的組合聲基陣為例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì) 說明。由上述組合聲基陣的傳感器尺寸及奈奎斯特采樣定理可以得到相鄰兩發(fā)射聲脈 沖的距離間隔為1. 7米。將該組合聲基陣面6用基陣架7固定，按照?qǐng)D4所示的方式放置 在船殼8上，發(fā)射換能器向深度為110米的海底發(fā)射探測(cè)聲脈沖，形成一個(gè)120°的細(xì)長(zhǎng)覆 蓋區(qū)扇面，該扇面沿航跡方向?qū)挾葹?° ；距離向接收陣在垂直于航向上形成121個(gè)接收波 束(垂直于航向上的波束寬度為1° )；在一個(gè)脈沖發(fā)射周期內(nèi)，方位向接收陣各陣元能夠 接收到被照射海底的回波信號(hào)。對(duì)不同時(shí)刻各個(gè)波束的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行合成孔徑處理，并利 用方位向接收線陣所接收到的回波信號(hào)通過信號(hào)處理解方位模糊，便能得到每個(gè)接收波束 內(nèi)方位向高分辨率的海底圖像。本發(fā)明通過在航向上增加一個(gè)多傳感器接收線陣2，達(dá)到了提高多波束合成孔徑 聲吶測(cè)繪速率的同時(shí)能夠避免方位模糊的目的。除上述實(shí)施例外，本發(fā)明還有其他實(shí)施方 式，凡采用等同替換或等效變換形式的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種用于多波束合成孔徑聲吶的組合聲基陣，其特征是主要由一個(gè)長(zhǎng)線性發(fā)射換能器、方位向與距離向兩條接收線陣組成；接收線陣由間距均勻的一組傳感器組成；方位向與距離向兩條接收線陣相互垂直放置，長(zhǎng)線性發(fā)射換能器與距離向接收線陣垂直；距離向接收線陣用于多波束形成、通過對(duì)其回波信號(hào)的波束形成處理在若干個(gè)角度上形成波束，在脈沖發(fā)射頻率一定的情況下，母船的航行速度增大時(shí)，通過對(duì)方位向接收陣各陣元回波信號(hào)的合成孔徑處理，去除空間欠采樣引起的方位模糊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于多波束合成孔徑聲吶的組合聲基陣，其特征是方位向 接收陣傳感器的個(gè)數(shù)N滿足關(guān)系式V = (N · D · f;)/2，其中V是母船航行速度、fr為脈沖 發(fā)射頻率、D為傳感器尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于多波束合成孔徑聲吶的組合聲基陣，其特征是長(zhǎng) 線性發(fā)射換能器、方位向接收線陣和距離向接收線陣處于同一平面。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種用于多波束合成孔徑聲吶的組合聲基陣。主要由一個(gè)長(zhǎng)線性發(fā)射換能器、方位向與距離向兩條接收線陣組成；接收線陣由間距均勻的一組傳感器組成；方位向與距離向兩條接收線陣相互垂直放置，長(zhǎng)線性發(fā)射換能器與距離向接收線陣垂直；距離向接收線陣用于多波束形成、通過對(duì)其回波信號(hào)的波束形成處理在若干個(gè)角度上形成波束，在脈沖發(fā)射頻率一定的情況下，母船的航行速度增大時(shí)，通過對(duì)方位向接收陣各陣元回波信號(hào)的合成孔徑處理，去除空間欠采樣引起的方位模糊。本發(fā)明利用方位向接收線陣去除空間欠采樣引起的方位模糊，從而提高多波束合成孔徑聲吶的測(cè)繪速率，該發(fā)明工藝簡(jiǎn)單、成本低。
文檔編號(hào)G01S7/52GK101907707SQ201010215528
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者么彬, 周天, 姚永紅, 徐劍, 徐超, 朱建軍, 李海森, 陳寶偉, 魏玉闊 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)