[发明专利]用于搜索水中目标的装置

说明书

本发明涉及一种适用于搜索水下目标的装置，特别是涉及一种鱼群搜索器，其由附着在船的底部的发送器向水中实体发送超声波，接收由鱼群或类以群体反射的超声波，将接收的超声波变换为电信号并进一步变换为数字数据，根据得到的数据在显示器上显示代表出现的鱼群的图像，以及如果出现，则显示其密度和规模。

鱼群搜索器以可视方式显示出现在捕鱼船的作业区内的鱼群的密度和规模，广泛应用在这类捕鱼船中和其它船舶中。然而，常规的捕鱼船存在的缺陷是，它们需要相当的时间来探测鱼群。具体地说，为了精确地探测和显示鱼群的位置和规模，必须使用具有窄的定向性的发送器。然而当使用这种具有窄的定向性的发送器时，仅可以扫描一个狭窄的区域。因此，为了定位鱼群，该船必须围绕它的作业区移动，以进行接近搜索。这就导致增加作业时间，因而增加劳动量和燃料费用。

本发明的目的消除对于在水中的目标例如鱼群的无效寻找和跟踪，例如在一作业区内移动的同时进行接近搜索。通过对于在水表面下的空间进行3D(维)扫描和对所得到的数据进行光线跟踪，用以在2D屏幕上进行3D显示，来实现本发明的这一目的。

根据本发明的鱼群搜索器包括扫描器、光线跟踪器和显示器。扫描器利用定向的超声波对于水表面下的区域进行三维扫描，以便得到揭示在水中存在还是不存在鱼群，以及鱼群的密度和规模的接收数据。该数据用按照相对于船身作为原点的3D极座标系统来表示。该光线跟踪器对利用扫描器得到的接收数据进行光线跟踪处理，使得一与当由一假想的观察点观察该空间时将会看到的图像相似的图像显示在一显示屏上。根据已经过光线跟踪处理的接收数据在显示屏上显示代表水下鱼群出现或者不出现其密度和规模的图像。因此，根据本发明，用户可以得到关于围绕船的区域的信息，无需进行无价值的尝试，例如为接近搜索同时使该船作圆运动。此外，由于在显示屏上显示的图像是便利的包含深度信息的3D图像，用户可以直觉地了解所显示的鱼群的相关的规模、状态和其它信息。

利用一能以二维方式改变其射束方向的二维(2D)发送器阵列可以构成本发明的扫描器。将包含按阵列排列的2D探测器阵列以固定的方式附着到船身上，以使每个探测器能发送或接收信号。希望对发送或接收信号进行移相，从而，使射束方向可以按二维方式变化(例如沿前/后方向和沿标杆(post)/右舷方向)。这样就能对低于水面下的区域进行3D扫描。然而，这种结构存在的问题是需要太多的探测器(和相关的移相器)，这不可避免地增加装置整体的尺寸规模。

为了避免这一问题，将若干1D探测器以固定方式附着到船身上，阵列中的探测器配置方向是彼此交叉的。这里所述的1D探测器阵列是一种具有使若干探测器沿预定方向一维方式排列的结构的探测器阵列。正如公知的，在与探测器排列方向相垂直的一个平面内的探测器阵列的射束宽度与当探测器单独使用时的相同。然而，在与该平面垂直的一个平面即与探测器排列方向相平行的平面内的射束宽度明显地窄于当探测器单独使用时的射束宽度。

因此，在将本发明投入使用时，最好，第一1D探测器阵列是这样排列的，即它的探测器排列方向(即在其中该射束方向是可变的)平行于与水平面交叉的第一平面，以及第二1D探测器排列方向是这样的，即它的探测器排列方向平行于与水平面和第一平面相交叉的第二平面。此外，在第一探测器阵列按预定的时间安排向水中群体发送超声波的同时，设有一发送器/接收器，用于向射线跟踪器提供与已通过水中群体发送的和由第二探测器阵列接收的超声波相关的数据。此外，设有一射束发送方向控制器，用于对构成第一探测器阵列的每一探测器相关的信号进行移相，使得第一探测器阵列的射束在第一平面上的方位角θ在预定的角度范围内变化。此外，设有一接收射束方向控制器，用于对与构成第二探测器阵列的每一探测器相对应的信号进行移相，使得第二探测器阵列的射束在在第二平面上的方位角φ，当射束方向θ的大小变化和超声波的传播距离保持在预定数值范围内时，在一短的时间段内在预定的角度范围内反复地变化。如上所述，当将第一和第二探测器阵列分别用于发送和接收以及希望对关于发送和接收信号的相位移控制时，可以对水下区域进行二维扫描，与其中采用一用于按二维方式操纵控制窄射束的2D探测器阵列相似。此外，当射束在一与探测器排列方向交叉的平面上以扇形(扇形射束)构成时，可以增大3D扫描的区域。此外，探测器(和相关的移相器)的数目整体上可以减少，这使得能够减少装置的尺寸规模。