波束形成方法及三维成像声呐.pdf

(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CN114200457A(43)申请公布日2022.03.18(21)申请号202010979872.2(22)申请日2020.09.17(71)申请人北京标融科技发展有限公司地址100094北京市海淀区丰贤东路7号1幢三层西307室(72)发明人郭睿(51)Int.Cl.G01S15/89(2006.01)G01S7/536(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称波束形成方法及三维成像声呐(57)摘要本发明公开了一种波束形成方法，包括以下步骤：将均匀平面接收阵对应的成像区域进行划分以形成完整覆盖所述成像区域且彼此不重叠的M个矩形子区域；在每个区域内选择一个波束方向作为目标回波方向计算出均匀平面接收阵上每一个阵子的回波到达时间；根据每个阵子的回波到达时间获取均匀平面接收阵上所有阵子接收的回波采样数据；分别对每个子区域相应的回波信号进行快速傅里叶变换并将快速傅里叶变换的输出结果进行波束形成运算。本发明还公开了一种采用上述波束形成方法的三维成像声呐以及一种可用于非均匀平面接收阵的波束方法和三维成像声呐。本发明不仅可以保证三维成像声呐的实时成像和成像质量，而且可以降低计算量。CN114200457ACN114200457A权利要求书1/1页1.一种波束形成方法，其特征在于，包括以下步骤：将均匀平面接收阵对应的成像区域进行划分以形成完整覆盖所述成像区域且彼此不重叠的M个相同形状的子区域；在每个子区域内选择一个波束方向作为目标回波方向计算出均匀平面接收阵上每一个阵子的回波到达时间；根据每个阵子的回波到达时间获取均匀平面接收阵上所有阵子接收的回波采样数据；分别对每个子区域相应的回波信号进行快速傅里叶变换并将快速傅里叶变换的输出结果进行基于傅里叶变换的快速波束形成运算。2.根据权利要求1所述的波束形成方法，其特征在于，对于每一个子区域中的每一个波束方向，满足P≥0.7×N，其中，P为参与波束形成、且数据中包含目标回波信号的阵元数量，N为接收阵阵元总数量。3.根据权利要求1或2所述的波束形成方法，其特征在于，当成像区域为矩形时，划分后的子区域为矩形。4.根据权利要求1或2所述的波束形成方法，其特征在于，当成像区域为圆形时，划分后的子区域为扇形。5.一种三维成像声呐，其特征在于，采用了权利要求1-4任一项所述的波束形成方法。6.一种波束形成方法，用于具有多个均匀平面子阵的非均匀平面接收阵，其特征在于，包括以下步骤：将每个均匀平面子阵对应的成像区域进行划分以形成完整覆盖所述成像区域且彼此不重叠的M个相同形状的子区域；在每个子区域内选择一个波束方向作为目标回波方向计算出均匀平面接收阵上每一个阵子的回波到达时间；根据每个阵子的回波到达时间获取均匀平面接收阵上所有阵子接收的回波采样数据；分别对每个子区域相应的回波信号进行快速傅里叶变换并将快速傅里叶变换的输出结果进行基于傅里叶变换的快速波束形成运算；将每个均匀平面子阵所对应的波束形成运算的输出数据进行整合。7.根据权利要求6所述的波束形成方法，其特征在于，对于每一个子区域中的每一个波束方向，满足P≥0.7×N，其中，P为参与波束形成、且数据中包含目标回波信号的阵元数量，N为接收阵阵元总数量。8.根据权利要求6或7所述的波束形成方法，其特征在于，当成像区域为矩形时，划分后的子区域为矩形。9.根据权利要求6或7所述的波束形成方法，其特征在于，当成像区域为圆形时，划分后的子区域为扇形。10.一种三维成像声呐，其特征在于，采用了权利要求6-7任一项所述的波束形成方法。2CN114200457A说明书1/4页波束形成方法及三维成像声呐技术领域[0001]本发明涉及声呐技术领域，尤其涉及一种波束形成方法及采用该波束形成方法的三维成像声呐。背景技术[0002]随着水下目标探测技术与成像技术的发展，可以获取水下场景三维信息的三维成像声呐现已广泛应用于水下工程实施、水下地形勘察、水下目标识别等领域。[0003]成像技术作为三维成像声呐的主要技术，根据成像原理的不同，目前主要分为利用声透镜的聚焦成像技术、利用换能器阵列的波束形成技术以及全息声学成像技术。其中，利用换能器阵列的波束形成技术中又以利用均匀平面接收阵通过波束形成对水下目标进行实时三维成像的三维成像声呐在当前市场应用最为广泛。[0004]然而目前的三维成像声呐所采用的各类波束形成方法，例如直接频域波束形成方法，虽然能满足三维成像声呐对实时成像以及成像质量的要求，但是其计算量庞大，从而不仅导致三维成像声呐的信号处理系统规模庞大，而且该信号处理系统实现上也比较复杂且功耗较高。发明内容[0005]为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种波束形成方法，以使采用该波束