[发明专利]一种高分辨三维声学成像系统

权利要求书

1.一种高分辨三维声学成像系统，其特征在于，该系统包括：水平成像模块和垂直成像模块；水平成像模块与垂直成像模块各自独立工作，水平成像模块与垂直成像模块交叉放置，且相互垂直，呈十字形；

所述水平成像模块包括：水平接收基阵(5)、第一发射阵(1)和第二发射阵(2)；水平接收基阵(5)的两端布放第一发射阵(1)和第二发射阵(2)，且二者位于水平接收基阵(5)的同一侧；

所述垂直成像模块包括：垂直接收基阵(6)、第三发射阵(3)和第四发射阵(4)；垂直接收基阵(6)的两端布放第三发射基阵(3)和第四发射基阵(4)，且二者位于垂直接收基阵(6)的同一侧；

所述的水平接收基阵(5)和垂直接收基阵(6)的基阵长度相同；

根据计算公式(1)，获得水平接收基阵(5)的基阵长度，具体如下：

其中，B_w为正交信号的正交波形的波束宽度，单位为度数，即角度分辨率，λ为正交信号的正交波形的波长，M为水平接收基阵(5)的阵元个数，d₁为水平接收基阵(5)中的相邻阵元的间距，为波束偏置角，该方法中设定Md₁为水平接收基阵(5)的基阵长度；其中，

所述的第一发射阵(1)、第二发射阵(2)、第三发射阵(3)、第四发射阵(4)同时发射正交信号，水平接收基阵(5)和垂直接收基阵(6)接收正交信号，根据水平成像模块获得的水平向和距离向的声学图像信息与垂直成像模块获得的垂直向和距离向的声学图像信息的交叉和重叠，获得水下目标的水平方向、垂直方向和距离向的三维信息，进而重构出水下目标的高分辨率的三维声学图像。

2.根据权利要求1所述的高分辨三维声学成像系统，其特征在于，所述的水平接收基阵(5)两端的第一发射阵(1)和第二发射阵(2)发射正交高频声波，水平接收基阵(5)做水平方向多波束接收，经过波形分离和水平方向接收多波束处理，获得水平方向的角度分辨率、水平向声学图像和距离向声学图像；对水平成像模块获得的水平向声学图像和距离向声学图像进行目标检测和处理，获得水下目标的水平方位信息和距离信息。

3.根据权利要求1所述的高分辨三维声学成像系统，其特征在于，所述的垂直接收基阵(6)两端的第三发射阵(3)和第四发射阵(4)发射正交高频声波，垂直接收基阵(6)做垂直方向多波束接收，经过波形分离和垂直方向接收多波束处理，获得垂直方向的角度分辨率、垂直向声学图像和距离向声学图像；对垂直成像模块获得的垂直向声学图像和距离向声学图像进行目标检测和处理，获得水下目标的垂直向信息和距离信息。

4.根据权利要求1所述的高分辨三维声学成像系统，其特征在于，所述的水平接收基阵(5)和垂直接收基阵(6)采用相同的接收基阵阵型，且为均匀线阵，具有相同的空间覆盖范围。

5.根据权利要求1所述的高分辨三维声学成像系统，其特征在于，根据计算公式(2)，获得垂直接收基阵(6)的基阵长度，具体如下：

其中，N为垂直接收基阵6的阵元个数，d₂为垂直接收基阵6中的相邻阵元的间距，为波束偏置角，该方法中设定Nd₂为垂直接收基阵6的基阵长度；其中，

6.根据权利要求1所述的高分辨三维声学成像系统，其特征在于，所述的第一发射阵(1)、第二发射阵(2)、第三发射阵(3)、第四发射阵(4)中的任意两个发射阵发射的正交信号需要满足公式(3)：

其中，s₁(t)为t时刻任意一个发射阵发射信号的函数，s₂(t)为t时刻的另一个任意发射阵发射信号的函数，T_p为发射信号的脉宽，发射信号的正交。