多正交發射前視聲納的製作方法

2023-05-23 22:27:51

本發明屬於前視聲納，具體涉及一種多正交發射前視聲納，用於提高前視聲納解析度，或減少接收通道數和系統複雜性。

背景技術：

前視聲納是一種常用的圖像聲納，主要用於獵雷、側掃聲納的補盲和避碰。如圖1所示，它一般由方位向寬波束髮射的單發射陣和多個陣元接收陣(示意圖中陣元數為8)，採用波束形成的方法形成多個束寬很窄的接收波束。前視聲納具有解析度高(方位束寬低至0.5度)，單次發射脈衝即可得到測繪場景圖像的優點。但也存在接收通道數多(國際上先進的前視聲納有200個通道左右)；設備複雜、成本高的缺點。

技術實現要素：

本發明目的在於克服上述現有技術的不足而提供一種多正交發射前視聲納，本發明為了不增加通道數和接收陣孔徑前提下，提高前視聲納方位解析度的技術；或者在給定解析度前提下，減少接收陣元和接收通道個數的技術。

本發明涉及一種多正交發射前視聲納，該前視聲納有兩個或兩個以上沿接收陣方向相位中心不同的發射陣，各發射陣發射相互正交的波形。

在上述技術方案中，各接收通道的信號分別對不同的正交發射信號進行脈衝壓縮，將不同發射陣發射信號進行分離。

在上述技術方案中，將分離後的信號，按發射陣和接收陣元等效相位中心排列，形成合成接收陣。

在上述技術方案中，通過合理設計發射陣和接收陣的橫向相對位置，使得前視聲納，發射陣和接收陣元等效相位中心均勻排列。

附圖說明

圖1單發射陣前視聲納示意圖；

圖2雙發射陣前視聲納示意圖；

圖3多發射陣前視聲納示意圖。

具體實施方式

為了表述清楚，首先引入相位中心概念。如圖1所示單發射陣和8個接收陣的前視聲納。過發射陣和接收陣垂直方向的水平線(與接收陣平行)稱為中心水平線。假定發射陣和接收陣垂直方向的間隔為d，那麼發射陣和接收陣各陣元的縱坐標分別為d/2和-d/2，向上的方向為縱坐標正方向。

相位中心在中心水平線上，位於發射陣中心和接收陣元中心的中點，其橫坐標為發射陣中心和接收陣元中心橫坐標和的一半。相位中心的孔徑為陣長的一半，假定接收陣陣元間隔為d，陣元數個數為n，接收陣的孔徑為n·d，那麼相位中心的孔徑為n·d/2。圖1給出了單發射陣情形下8個相位中心。

本發明採用兩個或兩個以上沿接收陣方向相位中心不同的發射陣，各發射陣發射同時發射相互正交的波形。波形正交是指互相關係數遠小於自相關係數的信號，可以按照申請號為200510019579.7，專利名稱為合成孔徑聲納運動誤差和水聲信道相位誤差的測量方法，以及申請號為200610125342.1，專利名稱為單接收陣合成孔徑聲納幹涉測量方法中的波形正交方法處理。

以8個接收陣元數、雙正交發射前視聲納具體說明本專利的技術方案。

如圖2所示。各陣元接收的信號分別對不同的發射信號進行脈衝壓縮，對於雙發射陣來說，各接收陣元信號對左發射波形進行脈衝壓縮，得到8個輸出，然後各接收陣元信號對右發射波形進行脈衝壓縮，得到8個輸出，左右共16個信號。

為了保證合成接收陣的均勻性，要求相位中心均勻分布，即相鄰相位中心的間隔相等。以陣的水平對稱線為橫坐標零點，中心水平線為坐標正方向，左發射陣相位中心橫坐標為-8·d/2，右發射陣相位中心的橫坐標為8·d/2，兩發射陣間隔為8·d，不難看出合成接收陣滿足均勻性要求，且合成陣水平對稱軸與接收陣水平對稱軸重合。

左發射陣和接收陣元的相位中心如圖2左邊8個圓圈所示，右發射陣和接收陣元的相位中心如圖2右邊8個圓圈所示。將左右16個脈衝壓縮後的結果相位中心按位置排列，得到16個陣元的合成接收陣。這16個脈衝壓縮的結果為合成接收陣16個陣元的信號。

得到16個陣元的合成接收陣信號後，按常規波束形成方法，形成多波束。

雙正交發射合成接收陣的孔徑是單發射的兩倍，解析度提高一倍(數值減半，數值越小解析度越高)。接收陣孔徑沒有變化，發射陣孔徑與接收陣基本相同。因此該技術對空間有限的場合有明顯技術優勢。

在滿足合成接收陣均勻性要求條件下，m個正交發射前視聲納合成接收陣孔徑是單發射陣接收陣孔徑的m倍，而解析度與接收陣的孔徑成反比，因此解析度提高m倍。但是接收通道數和接收陣尺寸沒有增加。這是本發明的技術優勢，但代價是發射系統複雜性略有增加，遠比接收通道增加一倍的代價小，且接收陣孔徑沒有增加。

以上已經給出了8個接收陣元、雙正交發射的具體實施方式，再列舉兩個具體實施方式。

實施例1

本實施例子為8個接收陣元數、三正交發射前視聲納

其收發陣、等效相位中心和合成接收陣如圖3所示，其合成接收陣陣元數24個，相位中心的孔徑為單發射的3倍，解析度是單發射陣的3倍。

假定接收陣陣元間隔為d，沿中心水平線方向，為坐標正方向，等效相位中心均勻分布：相鄰發射陣的間隔為8·d，三發射陣最大間隔為16·d。相位中心孔徑是單發射的三倍，三正交發射陣陣長近似為接收陣的2倍。

等效相位中心對稱軸與接收陣重合條件是：以陣的水平對稱線為零點，三個發射陣中心的橫坐標分別為-8·d,0,8·d。

實施例2

本實施例為n個陣元數，m個正交發射陣前視聲納

合成接收陣陣元數是m·n，相位中心的孔徑是單發射m倍，解析度是單發射陣的m倍。

假定接收陣陣元間隔為d，使得相位中心空間均勻分布的規律是(1)相鄰兩發射陣間隔為n·d，(2)發射陣最大間隔為m-1倍的接收陣長，即(m-1)·n·d。

在中心水平線方向上，如果希望等效相位中心的水平對稱軸與接收陣水平對稱軸重合，發射陣的水平對稱軸也應與接收陣對稱軸重合。以陣的水平對稱線為零點，沿中心水平線方向，為坐標正方向，左發射陣相位中心的坐標為-(m-1)·n·d/2，右發射陣相位中心的坐標為(m-1)·n·d/2，第i個陣元的橫坐標為-(m-1)·n·d/2+(i-1)·n·d，i＝1,...,m。