[发明专利]一种具备多条带模式的深水多波束测深方法及系统

说明书

本发明公开了一种具备多条带模式的深水多波束测深方法及系统，该方法基于安装在船底的换能器阵、惯性导航单元和GNSS接收机实现，所述换能器阵为T形阵，包括二维平面发射阵和一维平面接收阵；该方法包括：计算发射条带数目；根据设定的覆盖模式，计算每个发射条带的发射角度；根据每个发射条带的发射角度和垂直航行方向的发射角度确定发射波束方向矢量，再基于全姿态发射波束稳定算法，得到各发射基元的发射延时；采用频分复用和时分复用结合的形式，控制发射条带的每个扇区以设定频率循环发射，且每个发射基元根据发射延时按预定时间发射；由接收阵接收定向发射波束；进行接收横摇稳定的波束形成，按条带进行组合，计算得到测深结果。

技术领域

本发明涉及海洋声学装备技术，特别涉及一种具备多条带模式的深水多波束测深方法及系统。

背景技术

水深探测是开展海洋研究、海洋调查、海洋测绘和海洋工程的最基础工作。基于多波束测深技术的船载深水多波束测深系统最大探测水深可达11000米，是目前既高效又准确的水深探测设备。深水多波束测深系统通常采用T形水下声纳阵，其中发射阵沿船龙骨方向布放，接收阵垂直于龙骨方向布放。系统工作时基于波束形成技术形成一个沿龙骨方向波束开角较窄、垂直于龙骨方向波束开角较宽的发射波束条带，与若干个沿龙骨方向较宽、垂直于龙骨方向较窄的接收波束条带。通过幅值法或分裂孔径相位过零法估计发射条带与各个接收条带重合区域(即波束脚印) 的回波到达时间，再结合声速、姿态、定位等传感器信息可以计算得到各个区域中心的深度值与位置。一次发射与接收过程获得的多个测深值形成一个垂直于航迹方向的测深条带，沿航迹方向连续发射条带则实现了全覆盖的海底测深目的。

随着技术水平进步，多波束产品经历了波束数目由少至多、覆盖宽度由窄至广、波束角宽由宽至窄、集成度由低至高、数据由后处理到实时处理、算法由基本方法到实时姿态稳定、近场自动聚焦、宽带技术等多种技术相结合的一系列发展历程，而如何进一步提升多波束测深系统探测效率、探测精度等问题则始终是多波束测深系统发展的主要方向。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提升现有多波束技术，提出了一种具备多条带模式的深水多波束测深方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种具备多条带模式的深水多波束测深方法，基于安装在船底的换能器阵、惯性导航单元和GNSS接收机实现，所述换能器阵为T 形阵，包括二维平面发射阵和一维平面接收阵；所述方法包括：

根据待发射的波束角宽、换能器阵的航行速度和测深条带覆盖宽度计算得到发射条带数目；

根据设定的覆盖模式，由发射条带数目计算得到每个发射条带的发射角度；

根据每个发射条带的发射角度和垂直航行方向的发射角度确定发射波束方向矢量，再基于全姿态发射波束稳定算法，得到发射阵各发射基元的发射延时；

根据发射条带数目和每个发射条带设定的扇区数目，采用频分复用和时分复用相结合的形式，发射阵按照发射条带的每个扇区以设定频率循环发射波束，并且每个发射基元根据发射延时按预定时间发射；

由接收阵接收定向发射波束；

通过滤波获得各发射条带各扇区对应的接收信号，进行接收横摇稳定的波束形成，将各波束数据按条带进行组合，按条带循环进行测深、水体和侧扫的计算，得到测深结果。

作为上述方法的一种改进，设船底的龙骨方向为X方向，垂直于龙骨方向为Y 方向，所述二维平面发射阵的长轴沿龙骨方向安装于船底，二维平面发射阵X和Y 方向上的基元个数分别为M和N，基元间隔分别为d_x和d_y；

所述一维平面接收阵为均匀线阵，垂直于龙骨方向安装于船底，接收阵的基元个数为K，基元间隔为d_k。

作为上述方法的一种改进，所述待发射的波束角宽、换能器阵的航行速度和测深条带覆盖宽度计算得到发射条带数目；具体为：