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申请/专利权人：天津海之星水下机器人有限公司

摘要：本发明提出了一种波束数可调多波束声呐及设计方法，包括：所述声呐发射换能器固定在声呐系统上，所述声呐发射换能器固定位置发射射声波；所述声呐接收换能器安装于所述轨道上可沿轨道移动，所述声呐接收换能器在不同位置接收所述声呐发射换能器的回波信号；所述处理器与所述声呐接收换能器和所述存储器连接，所述声呐接收换能器根据所述处理器的控制命令滑动到轨道上的不同位置，并接收回波信号，并将接收到的回波信号实时存储存储器中，当所述声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，所述处理器开始波束形成及后续信号处理工作。本发明采用接收换能移动工作减小了换能器的复杂程度，同时减小了硬件电路规模。

主权项：1.一种波束数可调多波束声呐设计方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤S1，获取目标分辨率；步骤S2，铺设轨道，根据目标分辨率设置声呐接收换能器在轨道上行进的多个位置点；步骤S3，声呐发射换能器固定在声呐系统上，声呐发射换能器固定位置发射声波；步骤S4，声呐接收换能器安装于轨道上可沿轨道移动，声呐接收换能器在不同位置接收声呐发射换能器的声波信号，并发出回波信号；步骤S5，声呐接收换能器根据处理器的控制命令滑动到轨道上的不同位置，并接收回波信号，并将接收到的回波信号实时存储存储器中，当声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，处理器开始波束形成及后续信号处理工作。

全文数据：一种波束数可调多波束声呐及设计方法技术领域本发明涉及船舶与海洋技术领域，特别涉及一种波束数可调多波束声呐及设计方法。背景技术在大范围观测目标时，采用传统多波束声呐技术，接收换能器与发射换能器位置相对固定，波束数目取决于换能器阵元数目。如图1所示，由于现有多波束声呐波束数目取决于阵元数目，阵元数目决定了声呐的独立波束的数目，一旦接收阵确定，声呐的独立波束数也就确定，不能再进行调整。发明内容本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。为此，本发明的目的在于提出一种波束数可调多波束声呐。为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种波束数可调多波束声呐，包括：声呐发射换能器、声呐接收换能器、轨道、存储器和处理器，其中，所述声呐发射换能器固定在声呐系统上，所述声呐发射换能器固定位置发射射声波；所述声呐接收换能器安装于所述轨道上可沿轨道移动，所述声呐接收换能器在不同位置接收所述声呐发射换能器的回波信号；所述处理器与所述声呐接收换能器和所述存储器连接，所述声呐接收换能器根据所述处理器的控制命令滑动到轨道上的不同位置，并接收回波信号，并将接收到的回波信号实时存储存储器中，当所述声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，所述处理器开始波束形成及后续信号处理工作。进一步，所述声呐接收换能器在所述轨道上行进的多个位置，由目标分辨率决定。进一步，所述目标分辨率越高，所述声呐接收换能器在所述轨道上的位置点越多。本发明还提出一种波束数可调多波束声呐设计方法，，包括如下步骤:步骤S1，获取目标分辨率；步骤S2，铺设轨道，根据目标分辨率设置所述声呐接收换能器在轨道上行进的多个位置点；步骤S3，所述声呐发射换能器固定在声呐系统上，所述声呐发射换能器固定位置发射声波；步骤S4，所述声呐接收换能器安装于所述轨道上可沿轨道移动，所述声呐接收换能器在不同位置接收所述声呐发射换能器的声波信号，并发出回波信号；步骤S5，所述声呐接收换能器根据所述处理器的控制命令滑动到轨道上的不同位置，并接收回波信号，并将接收到的回波信号实时存储存储器中，当所述声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，所述处理器开始波束形成及后续信号处理工作。进一步，所述目标分辨率越高，所述声呐接收换能器在所述轨道上的位置点越多。根据本发明实施例的波束数可调多波束声呐及设计方法，声呐发射换能器固定于轨道中间，声呐接收换能器在轨道上受控滑动，根据系统控制命令滑动到不同位置接收回波信号，回波信号实时存储于声呐信号处理器的存储器中，等声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，处理器开始波束形成及后续信号处理工作。本发明的多波束声呐接收换能器声基阵可沿轨道移动的结构型式；声呐发射换能器固定位置发射射声波，接收换能器在不同位置接收回波的工作时序。本发明通过移动换能器，在不同位置接收目标回波，相当于一个阵元数目增加了数倍的接收阵在工作；由于声呐发射换能器位置相对轨道固定，接收换能器接收的多次回波有固定的相位关系，因此可以联合处理获得更窄的波束和更多的波束数目。由于采用接收换能移动工作减小了换能器的复杂程度，同时减小了硬件电路规模。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。附图说明本发明的上述和或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本发明实施例的声呐换能器的结构图；图2为根据本发明实施例的波束数可调多波束声呐的示意图；图3为根据本发明实施例的接收换能器在位置1接收回波的示意图；图4为根据本发明实施例的接收换能器在位置2接收回波的示意图；图5为根据本发明实施例的接收换能器在位置3接收回波的示意图；图6为根据本发明实施例的接收换能器在位置4接收回波的示意图；图7为根据本发明实施例的接收换能器在位置5接收回波的示意图；图8为根据本发明实施例的相当于5倍阵元数目的接收阵接收回波的示意图；图9为根据本发明实施例的波束数可调多波束声呐设计方法的流程图。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。如图2所示，本发明实施例的波束数可调多波束声呐，包括：声呐发射换能器、声呐接收换能器、轨道、存储器和处理器。具体的，声呐发射换能器固定在声呐系统上，声呐发射换能器固定位置发射声波。由于发射换能器位置在声呐系统上面处于固定状态，从而可以保证多次回波声信号的相位信息规律一致。声呐接收换能器安装于轨道上可沿轨道移动，声呐接收换能器在不同位置接收声呐发射换能器的回波信号。在本发明的一个实施例中，声呐接收换能器在轨道上行进的多个位置，由目标分辨率决定。即，目标分辨率越高，声呐接收换能器在轨道上的位置点越多，从而接收到的回波信号越多，越利于后续信号处理，得到较高的分辨率。处理器与声呐接收换能器和存储器连接，声呐接收换能器根据处理器的控制命令滑动到轨道上的不同位置，并接收回波信号，并将接收到的回波信号实时存储存储器中，当声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，处理器开始波束形成及后续信号处理工作。声呐接收换能器安装于轨道之上，当采用固定波束模式工作时，声呐接收换能器固定于轨道上，系统相当于传统多波束声呐，当需要细致观测待测目标时，声呐发射换能器每发射一次声波，声呐接收换能器都在不同位置接收一次声波，发射和接收的时序保证一致，全部位置的回波都接收完毕后，对全部回波进行联合处理，得到细致的多波束结果。图3至图7演示了移动5个位置的接收阵，图8演示回波接收结果相当于一个大阵的结果，大阵阵元数目为小接阵元数目5倍，由于发射阵位置相对于目标固定，5次的接收信号间相位固定，故可以进行联合处理。需要说明的是，5个位置仅是出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明中的位置数量还可以为其他，根据目标分辨率设置。如图9所示，本发明实施例还提供一种波束数可调多波束声呐设计方法，包括如下步骤：步骤S1，获取目标分辨率。步骤S2，铺设轨道，根据目标分辨率设置声呐接收换能器在轨道上行进的多个位置点。其中，目标分辨率越高，声呐接收换能器在轨道上的位置点越多。步骤S3，声呐发射换能器固定在声呐系统上，声呐发射换能器固定位置发射射声波。由于发射换能器位置在声呐系统上面处于固定状态，从而可以保证多次回波声信号的相位信息规律一致。步骤S4，声呐接收换能器安装于轨道上可沿轨道移动，声呐接收换能器在不同位置接收声呐发射换能器的声波信号，并发出回波信号。在本发明的一个实施例中，声呐接收换能器在轨道上行进的多个位置，由目标分辨率决定。即，目标分辨率越高，声呐接收换能器在轨道上的位置点越多，从而接收到的回波信号越多，越利于后续信号处理，得到较高的分辨率。步骤S5，声呐接收换能器根据处理器的控制命令滑动到轨道上的不同位置，并接收回波信号，并将接收到的回波信号实时存储存储器中，当声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，处理器开始波束形成及后续信号处理工作。需要对目标进行细致观测时，声呐发射换能器在同一位置对目标发射多次波束照射，接收阵分别在不同位置接收目标回波信号，声呐处理器对不同位置的回波信号进行统一处理，在静水环境下，多次回波之间有固定的相位关系，通过对多次回波的联合处理，可得到波束数比固定接收阵声呐多几倍的波束数量。根据本发明实施例的波束数可调多波束声呐及设计方法，声呐发射换能器固定于轨道中间，声呐接收换能器在轨道上受控滑动，根据系统控制命令滑动到不同位置接收回波信号，回波信号实时存储于声呐信号处理器的存储器中，等声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，处理器开始波束形成及后续信号处理工作。本发明的多波束声呐接收换能器声基阵可沿轨道移动的结构型式；声呐发射换能器固定位置发射射声波，接收换能器在不同位置接收回波的工作时序。本发明通过移动换能器，在不同位置接收目标回波，相当于一个阵元数目增加了数倍的接收阵在工作；由于声呐发射换能器位置相对轨道固定，接收换能器接收的多次回波有固定的相位关系，因此可以联合处理获得更窄的波束和更多的波束数目。由于采用接收换能移动工作减小了换能器的复杂程度，同时减小了硬件电路规模。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

权利要求：1.一种波束数可调多波束声呐，其特征在于，包括：声呐发射换能器、声呐接收换能器、轨道、存储器和处理器，其中，所述声呐发射换能器固定在声呐系统上，所述声呐发射换能器固定位置发射射声波；所述声呐接收换能器安装于所述轨道上可沿轨道移动，所述声呐接收换能器在不同位置接收所述声呐发射换能器的回波信号；所述处理器与所述声呐接收换能器和所述存储器连接，所述声呐接收换能器根据所述处理器的控制命令滑动到轨道上的不同位置，并接收回波信号，并将接收到的回波信号实时存储存储器中，当所述声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，所述处理器开始波束形成及后续信号处理工作。2.如权利要求1所述的波束数可调多波束声呐，其特征在于，所述声呐接收换能器在所述轨道上行进的多个位置，由目标分辨率决定。3.如权利要求2所述的波束数可调多波束声呐，其特征在于，所述目标分辨率越高，所述声呐接收换能器在所述轨道上的位置点越多。4.一种波束数可调多波束声呐设计方法，其特征在于，包括如下步骤:步骤S1，获取目标分辨率；步骤S2，铺设轨道，根据目标分辨率设置所述声呐接收换能器在轨道上行进的多个位置点；步骤S3，所述声呐发射换能器固定在声呐系统上，所述声呐发射换能器固定位置发射声波；步骤S4，所述声呐接收换能器安装于所述轨道上可沿轨道移动，所述声呐接收换能器在不同位置接收所述声呐发射换能器的声波信号，并发出回波信号；步骤S5，所述声呐接收换能器根据所述处理器的控制命令滑动到轨道上的不同位置，并接收回波信号，并将接收到的回波信号实时存储存储器中，当所述声呐接收换能器全部位置的回波信号接收完毕，所述处理器开始波束形成及后续信号处理工作。5.如权利要求4所述的波束数可调多波束声呐设计方法，其特征在于，所述目标分辨率越高，所述声呐接收换能器在所述轨道上的位置点越多。

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