[发明专利]一种高分辨三维声学成像系统

说明书

本发明提供一种高分辨三维声学成像系统，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交叉放置，呈十字形；该水平成像模块包括：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)；该垂直成像模块包括：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)；四个发射阵同时发射正交信号，水平接收基阵(5)和垂直接收基阵(6)接收正交信号，获得水下目标的水平、垂直和距离向的三维信息，重构出水下目标的三维声学图像。

技术领域

本发明涉及水声信号处理技术领域，特别涉及一种高分辨三维声学成像系统。

背景技术

近些年，随着海洋领域产业的发展，水声探测和识别技术得到了迅速提高，使得水下探测和识别技术在海底地貌测绘、水中目标探测、石油管道检测、水下航行器避碰等众多军事及国民经济领域得到了广泛的应用。三维成像声呐是一种新型的水下三维声学成像设备，其能够在俯仰向、水平向和距离向对水中目标分辨，呈现三维立体像。

三维成像声呐大多是采用平面换能器接收基阵，为达到较高的分辨率，平面阵列一般由成千上万个换能器阵元组成，并且需要采用波束形成技术，处理上万个波束信号，才能实现对水下探测目标进行多视角和实时的三维成像。但是，大型的平面换能器阵列造成硬件系统复杂，计算量庞大和设备成本昂贵。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有的三维声学成像系统存在上述的缺陷，本发明提供了一种高分辨三维声学成像系统，该系统基于十字形扩展基阵，能够实时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。该系统能够在保证设备指标性能的前提下，大大的减少了换能器阵元个数，减少了计算量，降低了硬件复杂程度，节约了设备成本，易于工程实现。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高分辨三维声学成像系统，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，且呈十字形；

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

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

第一发射阵、第二发射阵、第三发射阵、第四发射阵同时发射正交信号，水平接收基阵和垂直接收基阵接收正交信号，并对水下目标进行监测和处理，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。

优选地，水平接收基阵两端的第一发射阵和第二发射阵发射正交高频声波，水平接收基阵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。

水平成像模块接收的回波信号，进行距离向、水平向波束域回波信号检测，实现单帧数据满足一定虚警概率的能量检测水下目标，并对连续多帧检测出目标的数据进行数据关联，并根据目标的时域频域目标特征进行分析，完成目标的检测处理。

优选地，垂直接收基阵两端的第三发射阵和第四发射阵发射正交高频声波，垂直接收基阵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。