[发明专利]基于声学轨道角动量的超精细三维成像方法

权利要求书

1.一种基于声学轨道角动量的超精细三维成像方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、构建声学轨道角动量超精细三维成像声呐；

步骤2、声学轨道角动量超精细三维成像声呐发射涡旋声场并接收远处目标反射回来的回波信号；

步骤3、分别对回波信号的俯仰角和方位角进行一次波束形成，得到该区域一系列二维的声呐图像切片，在距离向合成这一系列切片得到三维声呐成像；

步骤4、分别对俯仰角和方位角进行二次波束形成，得到超精细图像。

2.根据权利要求1所述的基于声学轨道角动量的超精细三维成像方法，其特征在于：所述声学轨道角动量超精细三维成像声呐由换能器阵列和信号处理电路板组成；所述换能器阵列包括一个圆环阵和一个螺旋阵，所述圆环阵为在一个半径为a的圆周上等间距的排布N个独立的收发合置换能器；所述螺旋阵设于圆环阵内，螺旋阵为在半径为a的园内螺旋排布M个接收换能器；以圆环阵的圆心为坐标原点，所有的阵列位于同一平面。

3.根据权利要求2所述的基于声学轨道角动量的超精细三维成像方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：

涡旋声场的发射通过换能器阵列的圆环阵实现，N个收发合置换能器同时独立地发射相同频率、但初始相位不同的信号，第n个换能器的方位角为φ_n＝2πn/N，发射的信号为

其中，f为信号载频，为第n个阵元信号的初始相位；

远处目标反射回来的回波信号通过换能器阵列的圆环阵和螺旋阵实现。

4.根据权利要求2所述的基于声学轨道角动量的超精细三维成像方法，其特征在于：所述步骤3的具体实现方法为：

信号处理电路板对回波信号进行时延或相移补偿，使对预定方向的入射信号形成同向相加，可得到该区域一系列二维的声呐图像切片，最后在距离向合成这一系列切片，得到三维声呐图像。

5.根据权利要求2所述的基于声学轨道角动量的超精细三维成像方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法为：

信号处理电路板对任意一个方位，将步骤3得到的不同阶数轨道角动量一次波束形成的幅值向量与贝塞尔理论值比对求相关系数，然后将一次波束形成信号除以相关系数予以放大，得到超精细的三维图像。