[发明专利]多任务和多频谱声纳

说明书

一种包括具有单个投影仪阵列和单个水听器阵列的多波束回声测深器的测量系统构建了多信号消息并解构相应的多信号回声，以基本上同时执行多个测量任务。

优先权申请并且通过引用结合

本申请要求2016年4月29日提交的美国临时专利申请No.62/329,631的权益。出于各种目的,以下各个美国专利的全部公开内容通过引用并入本申请中：涉及米尔斯交叉声纳的3,144,631、涉及用于绘制海底地形图的声纳的美8,305,841、涉及扩频通信技术的7,092,440、涉及多普勒频率估计的5,483,499以及涉及频率脉冲声纳的9,244,168。

技术领域

本发明涉及水下声学系统、使用水下声学系统的方法以及处理和使用水下声学系统产生的数据的方法。具体地，本发明涉及包括声纳系统的测量系统，该声纳系统具有使用方法，这些方法能够在使用单个发射换能器阵列和单个接收换能器阵列的同时执行多个测量任务。

背景技术

1912年泰坦尼克号撞上冰山后一个月，英国气象学家Lewis Richardson向英国专利局申请了水下测距装置的专利。Richardson发明的现代继承通常称为声纳(声音导航和测距)装置。这些装置包括使用换能器阵列投射通过液体介质的声波或压力波并且使用从散射和/或反射撞击波的特征接收相应回波的换能器阵列的装置。

可以从回声中获得关于这些特征及其环境的信息。例如，水深测量提供关于散射中心的深度的信息，水柱测量提供关于水柱中的散射中心的信息，海底表征测量提供关于在海底表面和海底表面下方的散射中心的信息。

回声中所返回的信息的多样性和质量可以部分地由用于激励投影仪换能器的信号的特性来确定。获取这些信息的成本受到时间框(timeframe)的强烈影响，在时间框内需要人力和设备以获取该信息。

虽然在提高数据质量和多样性并且同时减少进行水下测量所需的时间方面取得了一些进展，，特别是通过使用多波束回声测深器，但长期存在的技术挑战和与建造和测试昂贵的新测量设备相关的风险对进一步类似的改进构成了重大障碍。

发明内容

本发明提供了一种测量系统，包括多波束回声测深器和/或其部分。在一个实施例中，本发明提供了一种用于在每个消息周期中执行多个任务的测量系统，所述测量系统包括用于安装在水上交通工具上的多波束回声测深器系统，所述测量系统包括：声学收发器，用于与单个投影仪阵列中的一个或多个换能器和单个水听器阵列中的多个换能器一起使用；投影仪阵列，其相对于水听器阵列设置，以形成米尔斯交叉；收发器用于在具有相应带宽和中心频率的数量为N的多个非重叠频带下使用；收发器用于合成发射机消息，所述发射机消息包含来自每个频带的一个或多个信号，所述信号支持多个任务；并且所述消息用于激励投影仪阵列，以使得水体底部的条带被该消息中的每个信号声穿透，并且来自声穿透的散射中心的消息回声被返回到水听器阵列；其中，所述频带中的第一频带用于支持第一任务，所述频带中的第二频带用于支持第二任务，第一任务频带与第二任务频带被宽间隔隔开，以促进对声穿透的散射中心的一个或多个依赖于频率的特性进行测量系统识别。值得注意的是，测量数据可以从水体中的特征的声穿透中收集，包括任何海洋、海湾、峡湾、河口、湖泊、河流、通航水道、运河和港口。

附图说明

参照附图描述本发明。这些附图包含在本文中并构成说明书的一部分，说明了本发明的实施例，并与说明书一起进一步用于解释其原理，使得相关领域的技术人员能够构成和使用本发明。

图1A示出了包括本发明的多波束回声测深器系统的测量系统；

图1B至图1E示出了图1A的多波束回声测深器系统的至少一部分的实施例；

图2A示出了供图1A的多波束回声测深器系统使用的消息周期；

图2B至图2E示出了包括具有不同频率的多个信号的消息，用于供图1A的系统多波束回声测深器系统使用；