[发明专利]基于圆柱型换能器阵的宽带渔用声呐接收波束成型方法

说明书

本发明提供了一种基于圆柱型换能器阵的宽带渔用声呐接收波束成型方法，利用圆柱型换能器阵进行实现。在该方法中，采用圆柱型换能器阵，将探测区域分成多个扇区，每个扇区对应圆柱型换能器一个部分弧面阵，通过对各个扇区进行水平均匀间隔波束接收，实现对整个水平360°的探测，综合考虑器件运算能力，将多个阵子参与一个多通道接收机进行处理，实现每个多通道接收机处理程序相同，提高了系统可维护性。本发明采用基于复包络的宽带波束成形方法，降低了系统采样率要求，实现了在较低采样的情况下，具有较高的波束成形性能。

技术领域

本发明涉及渔业设备领域，具体地，涉及一种基于圆柱型换能器阵的宽带渔用声呐接收波束成型方法。

背景技术

渔用声呐作为最典型的海洋渔业捕捞仪器，是获取海洋鱼类资源数量和空间分布信息的重要手段，在提高海洋渔业捕捞高效、精准和选择性捕捞方面具有重要作用。为了获得更高的空间探测分辨率和鱼种识别能力，海洋渔业探测正向着带宽、多波束等技术方向迅猛发展。尤其是随着近几年微电子技术和人工智能技术的发展，为渔用声呐的研制带来了新的技术发展方向，大规模信号处理器不断出现为更复杂、更高性能的鱼探信号处理技术的使用提供了硬件条件，从而为实现更高性能的渔用声呐研制带来了契机。

多波束渔用声呐通常采用平面换能器阵和圆柱形换能器阵，平面换能阵只能实现对渔船航向一定开角(一般小于90°)海域进行扫面；圆柱形换能器阵可以实现对以渔船为中心的水平360°扫描，及垂直60°扫描。如图1所示，多波束渔用声呐的工作过程首先根据作业环境设定一定倾角，再进行周期重复的水平扫描，当发现鱼群时，在发现鱼群水平方向进行垂直扫描，从而达到对鱼群的多角度立体探测。

渔用声呐常采用信号形式有窄带信号和宽带信号两种，窄带信号波束成形可以通过移相来实现，但其抗混响能力，尤其是对抗海面和海底反射带来的界面混响能力差，限制采用窄带信号系统的探测距离。渔用声呐采用宽带信号形式，可以有效的降低界面混响的影响，提高渔用声呐的探测距离，但宽带信号存在相位调制，所以不能通过简单得移相来实现，传统方法通过多通道信号统一发送至主控机，在主控机中进行时延后累加的方法完成波束成形，对系统采样相位偏差要求较高，需要较高的采样频率，对后续信号处理也带来较大的运算量，增加系统复杂度，带来整体成本的增加。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于圆柱型换能器阵的宽带渔用声呐接收波束成型方法，采用基于复包络的宽带波束成形方法，降低了系统采样率要求，实现了在较低采样的情况下，具有较高的波束成形性能，解决了现有技术中宽带信号渔用声呐系统复杂的问题。

本发明提供的技术方案是：

一种基于圆柱型换能器阵的宽带渔用声呐接收波束成型方法，利用圆柱型换能器阵进行实现，所述圆柱型换能器阵包括分布在圆柱面上的多数量的阵子，所述圆柱型换能器阵沿轴线方向分割为多数量的物理扇区；至少两个相邻的物理扇区组成用于接收波束的接收扇区，所述接收扇区的弧长与所述圆柱型换能器阵的周长比值为1:3至1:6；至少一个所述物理扇区参与至少两个所述接收扇区的波束成型过程，所述接收扇区用于同时接收多数量的波束，每个波束的波束成型过程包括以下步骤：

(S1)计算各所述接收扇区中各阵子与所述圆柱型换能器阵的原点之间的声程；

(S2)对各所述阵子接收的信号进行采样；

(S3)求取采样后信号的复包络；

(S4)对各所述阵子的接收信号的复包络进行相位补偿；

(S5)对相位补偿后的复包络进行延时补偿；

(S6)对各物理扇区中的各阵子延时补偿后的复包络进行加权累加，形成部分波束；

(S7)对所述接收扇区中各物理扇区的部分波束进行加权相加，得到输出波束。