[发明专利]三维侧扫声呐成阵列方法及设备

说明书

本发明提供了一种三维侧扫声呐成阵列方法及设备。所述方法包括：根据接收时长差，将接收阵列的信号分割为若干距离快拍，对每个距离快拍进行常规波束形成，生成基于信号强度的灰度图像；根据信号强度设置每个距离快拍的范围，并根据声呐接收阵列偏航和俯仰方向的阵元数量和阵元间距，以及偏航角和俯仰角，设置二维卷积核；设置迭代次数并进入一距离快拍，进行Richardson‑Lucy反卷积算法迭代运算，若达到最大迭代次数，则将Richardson‑Lucy反卷积算法迭代运算的结果作为所述一距离快拍的输出。本发明可以实时对水声图像进行超分辨率成像，在声呐的阵元数量和阵元间距受限的前提下，完成对水下物体的高精度测绘。

技术领域

本发明实施例涉及声呐技术领域，尤其涉及一种三维侧扫声呐成阵列方法及设备。

背景技术

三维侧扫声呐在水底地形测量领域有非常广的应用。由于这种声呐系统具有可立体成像的优点，可以获得一个水底物体的精确三维模型，并实现几何形状的分辨。对于现有的三维侧扫声呐来说，其角度分辨率和距离分辨率制约了三维成像的精确性，由于三维侧扫声呐可能需要在各种狭小的环境安装或使用，声呐接收阵列的阵元数量和阵元间距受限明显，进一步限制了空间角度分辨率。在狭小的空间内部安装多个接收阵列较为困难，因此现有的三维侧扫声呐接收阵列的阵元数量较少，限制了分辨率的提升。同时，由于需要将每一个距离切片的数据分别进行波束形成处理，导致计算繁杂，制约了三维成像的精确性和实时性。因此，开发一种三维侧扫声呐成阵列方法及设备，可以有效克服上述相关技术中的缺陷，就成为业界亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明实施例提供了一种三维侧扫声呐成阵列方法及设备。

第一方面，本发明的实施例提供了一种三维侧扫声呐成阵列方法，包括：根据接收时长差，将接收阵列的信号分割为若干距离快拍，对每个距离快拍进行常规波束形成，生成基于信号强度的灰度图像；根据信号强度设置每个距离快拍的范围，并根据声呐接收阵列偏航和俯仰方向的阵元数量和阵元间距，以及偏航角和俯仰角，设置二维卷积核；设置迭代次数并进入一距离快拍，进行Richardson-Lucy反卷积算法迭代运算，若达到最大迭代次数，则将Richardson-Lucy反卷积算法迭代运算的结果作为所述一距离快拍的输出。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的三维侧扫声呐成阵列方法，所述对每个距离快拍进行常规波束形成，生成基于信号强度的灰度图像，包括：

其中，S(x,y)为常规波束形成输出图像的强度数值；x,y分别为波束形成输出图像的横坐标和纵坐标，即预成波束的数量；f(m,n)为特定坐标的阵元的原始信号，为一复数；M,N分别为声呐接收阵列阵元在横向和纵向的数量；j为虚数单位；m为横向的第m个声呐接收阵列阵元；n为纵向的第n个声呐接收阵列阵元。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的三维侧扫声呐成阵列方法，所述并根据声呐接收阵列偏航和俯仰方向的阵元数量和阵元间距，以及偏航角和俯仰角，设置二维卷积核，包括：

其中，为卷积核二维数组；为偏航和俯仰方向的阵元数量；为偏航和俯仰方向的阵元间距；为俯仰角；为偏航角；为水声信号的波长。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的三维侧扫声呐成阵列方法，所述进行Richardson-Lucy反卷积算法迭代运算，包括：

其中，为上一次迭代的输出；为本次迭代的输出；*为二维卷积运算。

在上述方法实施例内容的基础上，本发明实施例中提供的三维侧扫声呐成阵列方法，在所述进行Richardson-Lucy反卷积算法迭代运算之后，还包括：若未达到最大迭代次数，则继续进行Richardson-Lucy反卷积算法迭代运算。