[发明专利]单波束声呐水下测绘方法、系统、存储介质及终端

说明书

本发明公开了一种单波束声呐水下测绘方法、系统、存储介质及终端，所述方法包括如下步骤对目标进行初始化采集，建立电路噪声和环境噪声为主的噪声模型，对初始化采集数据进行补正；设定载波频率，发射线性调频信号，接收回波信号，并对回波信号进行时间增益补偿；对补偿后的信号进行傅里叶检波处理转化为频域模型，进行滤波处理，对处理后的信号进行频域波束形成；通过频域波束形成实现确定方位的测绘，经过匹配滤波实现脉冲压缩去除回波信号中频域的二次相位；对脉冲压缩结果进行逆傅里叶变换得到时域能量，并将相应的能量值对应于同一色系下不同深浅的对比值，得到当前测绘信息显示图。本发明有保证了单波束声呐的准确性和稳定性。

技术领域

本发明属于声呐测绘技术领域，更具体地，涉及一种单波束声呐水下测绘方法、系统、存储介质及终端。

背景技术

声呐领域极其重视目标探测的准确性与稳定性，这也是衡量声呐性能的一个标准。声呐在波束方面主要可以分为两类，单波束声呐和多波束声呐，它们基于传感器数目实现不同需求的地形测绘。多波束声呐采用复数传感器进行声波的发射和接收，通常用于二、三维场景下的水下测绘，但是由于多波束声呐成阵复杂、实时数据量大、成本昂贵等问题，并不利于推广。

单波束声呐则采用单个传感器进行声波的发射和接收，用来探测水底的深度以及水下是否有物体，功能比较单一，成本低，通常用于较简单的一维场景下的水下测绘。如专利文献CN212134945U公开了一种高分辨率旋转单波束声呐，包括水下浮动平台，所述水下浮动平台的内部分别开设有第一安置槽和第二安置槽，通过设置第一齿轮盘和第二齿轮盘，使得单波束声呐主体可以更好的实现全方位旋转，从而可以快速发现鱼群，对回波的鱼群方位进行高度分辨，避免了搜索盲区的存在，提高了信息接收率。专利文献CN111650592A公开了一种基于单波束声纳簇数据处理的船体识别方法，包括以下步骤：1 )将单波束声呐簇安装在拱形水下结构表面，排成阵列；2)通过单波束声呐簇采集声呐数据，依据声呐簇排列情况进行编号，提取单波束声呐簇数据图集；3)对单波束声呐簇数据图集预处理，将球面数据转换为平面数据，得到二维声呐数据图集；4)剔除二维声呐数据图集中的水面数据，减少水面数据点对目标船体识别的影响；5)采集大量正常船体的单波束声纳簇数据作为数据训练集和数据验证集，使用SqueezeNet网络作为船体识别模型网络对数据训练集进行训练，得到船体识别模型。本发明提供一种通过对单波束声纳簇数据进行深度神经网络提取数据特征，船体识别率高。

但专利CN212134945U，CN111650592A公开的单波束声呐由于单波束声呐受限于传感器的数量的影响，只能在单个方向进行测绘，通常声呐多采用连续脉冲信号作为发射信号，频率信号单一，测绘范围受限于发射信号频率并且满足不了较高的测绘精度。同时，在遭受波浪起伏或者水下浑浊的环境下，单波束声呐更是容易受到各种干扰噪声或者杂波信号的影响，制约了声呐探测的精准性和稳定性，从而使得测绘效果不佳，导致判断出现问题。因此，如何克服单波束声呐在上述相关技术中的缺陷，就成了业界亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种单波束声呐水下测绘方法、系统、存储介质及终端，该方法首先将声呐放置于水面上，将传感器对准水底之后进行初始化采集，建立由电路噪声和环境噪声为主的噪声模型，对后续采集进行补正；通过传感器发射一定带宽的线性调频信号，发射信号经由物体反射传给传感器，传感器对接收信号进行时间增益补偿；补偿之后对采集到的回波信号进行傅里叶检波，转化为频域模型之后通过巴特沃斯低通滤波器来处理，过滤可能出现的其他噪声；对处理后信号进行频域波束形成，在频域内只对带宽内频率对应的线谱进行波束域处理；通过频域波束形成实现确定方位的测绘，然后经过匹配滤波实现脉冲压缩，去除回波信号中频域的二次相位；最后对脉冲压缩结果进行逆傅里叶变换，得到时域能量，然后通过将相应的能量值对应于同一色系下的不同深浅的对比值，得到当前测绘信息显示图。本发明充分利用线性调频信号的特性，在相对应的环节减小干扰信号对接收信号的影响，维持了单波束声呐测绘性能的精准性和稳定性，维持单波束声呐的远范围和高精度；同时采用波束形成的方法，使得声呐不再受限于传感器开角的影响，在不影响成本的情况下成功从一维的使用场景突破到了二维。