[发明专利]球面聚焦相控参量阵声探测装置

说明书

本发明涉及一种球面聚焦相控参量阵声探测装置，包括主控单元，用于完成系统参数设置、系统控制、回波数据存储和处理及结果显示；可编程电子舱，与所述的主控单元相连接，用于实现波形控制参数可调、系统远程控制及数据传输、发射信号相控聚焦以及信号接收的功能；球面聚焦基阵，与所述的可编程电子舱相连接，用于通过优化阵形设计及二次相控变焦提高变焦能力。采用了本装置，结合优化的基阵阵形设计、相控聚焦等技术，可有效解决包括富钴结壳在内的海底矿产资源勘探上横纵向分辨率不足、发射能量不足、探测距离可调整性不足、实时性不足、经济实用等方面的问题，此外还有效地缩小了尺寸和重量，适配于工作环境，解决了探测装置的小型化问题。

技术领域

本发明涉及原位勘探技术领域，尤其涉及包含富钴结壳矿产资源在内的海底底质精细结构的原位勘探领域，具体是指一种球面聚焦相控参量阵声探测装置。

背景技术

富钴结壳是一种生长在水深400～4000m的海山、海脊和海台的斜坡和顶部的壳状物，它富含锰、钴、镍、铂、稀土等金属元素的壳状矿床，是一种重要的金属战略矿产资源。然而，由于海山山脉微地形以及富钴结壳生长的特点，要精确的获得结壳的厚度十分困难。目前，绝大多数的现有的勘测手段对富钴结壳的勘测效果并不理想。通常绝大多数的声学设备的浅表应用被设计为探测海底下方数米的特征，典型工作在低频2～20kHz实现深层穿透，它们没有足够的精度分离只有几十厘米厚的(结壳)层。这主要是因为波长较长，穿透能力较强而空间分辨率低，进而导致探测精度降低，故对探测小目标不适用。目前，在涉及富钴结壳等海底底质精细结构的勘探方法主要包括接触式测量和原位测量两大类。其中，若采用定点浅钻等接触式测量方法进行资源的大面积勘探和评估，因取样设备庞大，故效率较低、成本较高。而以声学探测为典型的原位测量方法，则具备精确、高效、经济的优点，是一种水下探测的快速、可靠、精细的方法。但是，考虑到富钴结壳由于其自身厚度分布极为不均、起伏较大且几何特征相对于基岩较为单薄，利用常见的声学技术包括多波束、侧扫声呐、浅地层剖面仪等，其探测富钴结壳厚度中存在着横向和纵向分辨率不足，进而导致无法精细识别结壳层和基岩等问题。

目前，基于球面聚焦相控参量阵技术的海底矿物声学探测装置暂无先例。因此，研究该声学探测系统的装置是十分必要的。基于球面聚焦相控参量阵技术的海底矿物声学探测装置，可以有效地对富钴结壳厚度进行在线或者后处理测量，这对于我国后续大规模、高效率开采资源具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足高横纵向分辨率、实时性、小体积的球面聚焦相控参量阵声探测装置。

为了实现上述目的，本发明的球面聚焦相控参量阵声探测装置如下：

该球面聚焦相控参量阵声探测装置，其主要特点是，所述的装置包括：

主控单元，用于完成系统参数设置、系统控制、回波数据存储和处理及结果显示；

可编程电子舱，与所述的主控单元相连接，用于实现波形控制参数可调、系统远程控制及数据传输、发射信号相控聚焦以及信号接收的功能；

球面聚焦基阵，与所述的可编程电子舱相连接，用于通过优化阵形设计及二次相控变焦提高变焦能力。

较佳地，所述的主控单元包括通用计算机和显控软件，通过通信接口设置所述的可编程电子舱的相关参数。

较佳地，所述的可编程电子舱包括：

嵌入式控制处理器，与所述的主控单元相连接，用于接收主控单元的参数设置指令和操作控制指令，实现多种信号生成输出和功放单元控制；

多通道发射单元，与所述的嵌入式控制处理器相连接，由多个可编程的发射通道组成，用于产生精确的发射信号；

双通道接收单元，与所述的嵌入式控制处理器相连接，用于采集调理接收到的回波信号；