[发明专利]利用正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的装置

说明书

技术领域

本发明涉及无人船监控区域成像方法，特别是采用超声波正交阵列形成。

背景技术

无人机与无人驾驶汽车在科技界呼风唤雨,风头出尽,相较之下,低调的无人船知名度稍逊一筹。在小说中,无人船始终笼罩着一丝神秘气息,著名的"幽灵船"是作家虚构航海故事的经典素材,而在现实中,无人船是各国军事领域的心头宝,是科技竞争的重要技术。目前无人船处于高速发展的时期，然而无人船在下水试航之前以及水上作业的时候，仍然面临很多技术瓶颈没有解决。

无人船，顾名思义，无需人类驾驶员对其进行操控，“零船员”概念的出现到底是否恰当，目前业界众说纷纭，刊物《安全》的记者就曾提出“无人船”理想与现实的距离，其中提出，如果某船突然起火其方位不明，依照现有的科技水平，无人船的操控着肯定会做出两种指令，一种是最优方法，即派灭火机器人寻找准确着火点并进行扑灭，第二种是如果机器人无法完成灭火任务，船舶将开启高压细水雾灭火系统完成灭火任务，两套方案，一套备用，看似没有缺陷，而有一个问题无法回避，就算全船都有监控设备，然而并不能保证监控设备毫无盲区，而此时若恰好在盲区内着火或者为引起火灾的来源，则两套方法都无法实施，我们只能眼睁睁看着船烧尽沉没。

由此看来，对无人船的各个盲区都能进行有效的三维成像是正待解决的问题。

发明内容

因此本发明的目的一方面在于提供一种使用正交阵列进行无人船监控区域超声波三维图像形成的装置，包括：由互相垂直构成正交阵列的两个线性相控阵列，两个线性相控阵列分别为用于超声波的发送并且放置在X轴方向的发射线性相控阵列以及用于超声波回声的接收并且放置在Y轴方向的接收线性相控阵列，二者分别具有一个内部单元，两个内部单元相互之间相距λ/2，其中λ表示超声波波长，两个线性相控阵列公用同一个位于X-Y轴坐标系原点传感器单元作为各自的中心阵列单元；一边的长度略小于λ/2直角尺传感器；发送器，发出生成的用于发送线性相控阵列的超声波的电信号；接收器，从接收线性相控阵列接收返回正交阵列并由接收线性相控阵列内的传感器部件转换成电信号的超声波回声输出并将所接收的模拟电信号通过执行多个信号处理程序转化成为数字形式，信号处理程序在一个超声波成像装置中对所接收的模拟电信号进行操作；平行光束形成器，对接收器所提供的数字信号执行平行光束形成操作，所述平行光束形成器对φ＝0并且θ＝θ_n的平面上的所有点执行动态深度聚焦，然后对其施加一系列延迟法则，产生连续的多角度声束偏转或不同深度焦深，平行波形成器在平行波形成过程中执行衍射控相法从而减少旁瓣电平；图像信号处理器，接收所有在平行光束形成器中产生的扫描线信号并针对所接收的信号执行超声相控阵成像处理程序，从而产生不同形式的图像信号；显示器，显示图像信号；控制器，控制上述操作从而获得期望形式的三维图像；数据存储部分，接收器的输出同时输入到平行光束形成器以及数据存储部分以及三维图像信号处理器。

优选的，构成每个相控阵列的传感器部件数量优选为64或者128。

优选的，X轴和Y轴构成一个正方形区域，该区域内放置发送线性相控阵列以及接收线性相控阵列的传感器单元。

优选的，数据存储部分由大量半导体芯片或者高速大容量硬盘组成。

优选的，三维图像信号处理器由一个高速数字信号处理器或者一个用于专用计算或者程序的大容量高速ASIC组成，或者由外部连接的计算机构成。

优选的，发送器，接收器，平行光束形成器以及图像信号处理器与通用二维图像装置的相应结构是相同的。

本发明的目的还在于提供一种利用正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的方法，步骤如下：