[发明专利]一种二维旋回式单波束水声测量系统及其测量方法

权利要求书

1.一种二维旋回式单波束水声测量系统，其特征在于，包含：

系统控制单元；

分别与系统控制单元连接的驱动控制单元、距离测量单元及三维地形重构单元；

传感及执行机构单元，分别与所述驱动控制单元、距离测量单元及三维地形重构单元连接；

所述的传感及执行机构单元进一步设有换能器，与所述距离测量单元连接，用于接收距离测量单元发送的脉冲信号，并传输回波脉冲信息，以使所述距离测量单元根据脉冲收发时间差确定目标距离参数；方位角φ方向运动执行机构，与所述换能器连接，用于提供方位角φ方向的动力及方位信息；转向角θ方向运动执行机构，与所述换能器连接，用于提供转向角θ方向的动力及方位信息；换能器位置处理模块，分别与所述方位角φ方向运动执行机构、转向角θ方向运动执行机构及三维地形重构单元连接，用于接收方位角φ方向的方位信息及转向角θ方向的方位信息以输出换能器位置参数至三维地形重构单元；

所述距离测量单元与三维地形重构单元连接；其中

所述系统控制单元用于启动驱动控制单元、距离测量单元及三维地形重构单元，并分别进行参数设定；所述驱动控制单元用于根据系统控制单元的设定参数发出驱动信号以控制传感及执行机构单元定位在设定位置；

所述距离测量单元用于根据系统控制单元的设定参数发射脉冲信号以激励传感及执行机构单元并接收回波脉冲信息以使距离测量单元形成目标距离参数，所述距离测量单元将目标距离参数传输到三维地形重构单元；

所述三维地形重构单元用于根据距离测量单元传输的目标距离参数和传感及执行机构单元发送的位置参数，重构水下三维地形，以完成对深水槽内沙面地形的测量。

2.如权利要求1所述的二维旋回式单波束水声测量系统，其特征在于，所述的方位角φ方向运动执行机构包含方位角φ方向旋转滚轮，用于提供方位角φ方向的旋转；方位角φ步进电机，分别与所述方位角φ方向旋转滚轮及驱动控制单元连接，用于提供动力及接收驱动控制单元发送的方位角φ驱动信号；方位角φ位移传感器，与所述换能器位置处理模块连接，用于采集方位角φ位移信号。

3.如权利要求1所述的二维旋回式单波束水声测量系统，其特征在于，所述的转向角θ方向运动执行机构包含转向角θ方向旋转滚轮，用于提供转向角θ方向的旋转；转向角θ步进电机，分别与所述转向角θ方向旋转滚轮及驱动控制单元连接，用于提供动力及接收驱动控制单元发送的转向角θ驱动信号；转向角θ位移传感器，与所述换能器位置处理模块连接，用于采集转向角θ位移信号。

4.如权利要求1所述的二维旋回式单波束水声测量系统，其特征在于，水温传感器设置在所述深水槽内，与所述距离测量单元连接，用于测量深水槽内的水温并传输至距离测量单元，以使所述距离测量单元修正目标距离参数。

5.如权利要求1所述的二维旋回式单波束水声测量系统，其特征在于，所述的二维旋回式单波束水声测量系统应用于深水槽内沙面地形的测量。

6.一种使用权利要求1~5所述的二维旋回式单波束水声测量系统的测量方法，用于对深水槽内沙面地形进行测量，其特征在于，包含以下步骤：

S1、驱动控制单元发出驱动信号，控制传感及执行机构单元定位在设定位置；

S2、距离测量单元发射脉冲信号，激励传感及执行机构单元并接收回波脉冲信息以使距离测量单元形成目标距离参数；

S3、距离测量单元将目标距离参数传输到三维地形重构单元；

S4、传感及执行机构单元将实测换能器位置参数发送到三维地形重构单元；

S5、三维地形重构单元将目标距离参数和传感及指定位置参数进行坐标转换，形成三维地形数据；

S6、重复步骤S1~S5，获取深水槽内沙面地形所有位置的三维地形数据，并在三维地形重构单元中形成三维地形数据表格；

S7、三维地形重构单元根据三维地形数据表格重构水下三维地形，以完成对深水槽内沙面地形的测量。

7.如权利要求6所述的二维旋回式单波束水声测量方法，其特征在于，所述的步骤S1之前还包含一初始化所述二维旋回式单波束水声测量系统的步骤S0：

S0、系统控制单元启动驱动控制单元并设定运动参数；

系统控制单元启动距离测量单元并设定脉冲重复频率、幅度参数；

系统控制单元启动三维地形重构单元准备数据接收。

8.如权利要求6所述的二维旋回式单波束水声测量方法，其特征在于，所述的步骤S2中还包含传感及执行机构单元向距离测量单元发送水温信息，所述距离测量单元根据水温信息对目标距离参数进行修正。