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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108519602A(43)申请公布日2018.09.11(21)申请号201810264899.6(22)申请日2018.03.28(71)申请人青岛海洋地质研究所地址266000山东省青岛市市南区福州南路62号(72)发明人栾锡武余翼秘丛永刘嘉程(74)专利代理机构青岛中天汇智知识产权代理有限公司37241代理人万桂斌(51)Int.Cl.G01S15/89(2006.01)G01S7/527(2006.01)权利要求书2页说明书12页附图8页(54)发明名称海底冷泉快速成像系统及其阵列信号处理方法(57)摘要本发明所述海底冷泉快速成像系统及其阵列信号处理方法,通过阵列信号处理过程实现快速、清晰化成像,辅助准确定位海底冷泉与判别特性。海底冷泉快速成像系统包括有,探测基阵,按设定频率在接收、发射端进行电信号与声信号之间的转换;探测基阵具有多频率基阵换能器集成,发射频率范围在10-120KHZ之间;探测基阵设置于测量船体底部、或搭载在水面拖体下方,其采用等间距直线阵结构;收发器单元,执行处理器单元的指令以确定探测基阵的发射频率,并接收到电信号进行滤波与放大;以太网交换机,完成数据传输与标准化;处理器单元,采用阵列信号处理过程将接收的回波信号转换成声学图像像素;图像显示器,形成回波强度声学图像并显示。CN108519602ACN108519602A权利要求书1/2页1.一种海底冷泉快速成像系统,其特征在于:包括有以下执行装置,探测基阵,按设定频率在接收、发射端进行电信号与声信号之间的转换;探测基阵具有多频率基阵换能器集成,包括多频率发射换能器与接收换能器,发射频率范围在10-120KHZ之间;探测基阵设置于测量船体底部、或搭载在水面拖体下方,其采用等间距直线阵结构;收发器单元,执行处理器单元的指令以确定探测基阵的发射频率,并接收到电信号进行滤波与放大;以太网交换机,完成数据传输与标准化;处理器单元,采用阵列信号处理过程将接收的回波信号转换成声学图像像素;图像显示器,形成回波强度声学图像并显示。2.应用上述权利要求1所述海底冷泉快速成像系统而实现的一种阵列信号处理方法,其特征在于:发射换能器向水下发送声波进行探测,通过以下实施步骤将接收换能器接收的信号进行处理并显示为声纳图像;带通采样步骤,基于奈奎斯特采样定理,接收换能器接收的时域连续模拟信号被转换为离散采样信号来表达;正交变换步骤,通过正交解调能够得到信号的复数形式,即得到包含全部幅度和相位信息的复信号;幅度加权步骤,向水下发送声波的声呐系统基阵为等间距直线阵,采用道夫-切比雪夫幅度加权方法,通过调整主瓣和旁瓣的相对幅度实现对阵元幅度的加权;波束形成步骤,利用快速傅里叶变换(FFT)作波束形成算法而得到声学回波图像像素值,进而形成回波强度声学图像。3.根据权利要求2所述的阵列信号处理方法,其特征在于:所述带通采样步骤,利用带通采样得到的采样率对信号进行采样,采样频率至少应大于被采样信号最大频率的两倍;频带限制在fL和fH之间的带宽有限信号,其采样率fS符合下述表达式,其中,为n为能够满足fS>2(fH-fL)的正整数。4.根据权利要求2或3所述的阵列信号处理方法,其特征在于:所述正交变换步骤包括,信号x[n]与正交载波相乘后进行低通滤波,将实信号的负频谱部分去掉,仅保留正频谱部分的信号,得到的时域信号为复信号;实信号x[n]通过与不同的正交因子cos[ω0n]和sin[ω0n]相乘得到正交信号,再通过低通滤波器分别得到实信号x[n]的解析信号实部ZR[n]和解析信号虚部ZI[n];信号x[n]的解析表达式为,Z[n]=ZR[n]+j*ZI[n](11)5.根据权利要求4所述的阵列信号处理方法,其特征在于:所述幅度加权步骤,采用道夫-切比雪夫(Dolph-Chebyshev)幅度加权方法,即在主旁瓣比一定的要求下获得等旁瓣级,其多项式定义为:若令2CN108519602A权利要求书2/2页则6.根据权利要求5所述的阵列信号处理方法,其特征在于:所述波束形成步骤,形成声呐波束是基于声呐系统的接收基阵进行滤波处理,采用数字波束形成方式以在预定方向上获得处理后声信号的指向性;基阵的总输出为,基于FFT算法形成聚焦波束,得到极坐标系数据(sinθ,r);将极坐标系下的图像转换为直角坐标系下进行显示;首先将直角坐标系下的成像数据转换成极坐标系下的数据,然后在极坐标系进行像素点的插值运算,对于具有M×N点的图像进行M×N次运算;基于等间隔直线阵,基阵第i号基元的输出信号表示为,第i号基元输出为:等间隔直线阵的基阵总输出等价于对各基元的输出信号xi进行快速傅里叶变换(FFT),以获得用于表示信号在空间上的能量分布离散