一种手持式二维成像声纳及声纳探测方法

本发明实施例涉及水下声纳探测成像，尤其涉及一种二维成像声纳及声纳探测方法。

背景技术：

1、成像声纳的功能类似于人类的眼睛，在没有光照条件的深水、在伸手不见五指的浑浊水下、在夜晚等条件下，成像声纳通过声成像技术形成距离-方位形式的二维声图像，使其在海底打捞、水下目标探测、水下施工和监测指挥等水下工程中具有很大的应用前景。

2、随着国家海洋战略的不断深化推进以及海洋经济的蓬勃发展，水下探测与水下搜救等任务需要对水下目标进行精确检测与定位，当今社会中，利用声纳技术进行探测的设备有：单波束回声测深仪、侧扫声呐、多波束成像、声纳式地形探测等，当然声纳探测设备使用均搭载其它大型航行器使用。

3、同时，我国水资源丰富，江海湖泊众多，随着社会的不断发展，水域警情也逐年增多，目前水下搜救方式大多是蛙人下水展开搜救工作或者通过水下机器人来搜救，但在浑浊水域搜救工作就变得十分困难。

4、在上述背景下，手持式二维成像声纳便应运而生，手持式声纳设备为便携式、组合式的声纳系统，随着现代声呐技术的发展和进步，为了配合水下蛙人搜救打捞作业或水下auv等小型航行设备完成检测探查任务，对成像声纳提出了体积小巧便携、操作灵活等更高的要求。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述技术问题或部分技术问题，本发明实施例提供一种手持式二维成像声纳及声纳探测方法。

2、第一方面，本发明实施例提供一种手持式二维成像声纳，所述二维成像声纳包括：收发合置换能器、控制开关、显示模块、主控电路、手持部和壳体，其中所述收发合置换能器、所述主控电路均置于所述壳体内部，所述控制开关、显示模块、手持部均置于所述壳体外部，所述控制开关用于开启和关闭所述二维成像声纳，所述收发合置换能器用于在控制开关的控制下发送声纳信号和接收回波信号；所述主控电路用于根据所述回波信号进行分类标识，若所述回声信号与探测目标回声波相匹配，进行探测目标定位标记后，最后传输至所述显示模块显示。

3、在一个可选的实施方式中，所述二维成像声纳还包括：置于所述壳体内部的步进电机，所述收发合置换能器下方的换能器轴与所述步进电机转动轴相连，工作时，所述步进电机按照所设定的角度转动，所述收发合置换能器通过与所述步进电机的转动轴相连随之转动，以探测所述步进电机转动角度范围内的水下环境。

4、在一个可选的实施方式中，所述收发合置换能器包括至少两个压电陶瓷换能器，其中，至少一个所述压电陶瓷换能器用于发送所述声纳信号，至少一个所述压电陶瓷换能器用于接收所述回波信号。

5、在一个可选的实施方式中，所述收发合置换能器具体用于接收到所述声纳信号后传输到主控电路；所述主控电路具体用于将所述收发合置换能器传输的所述回波信号进行放大、滤波处理后，确定所述回声信号是否与探测目标回声波相匹配，若匹配，则在所述显示模块中标记出可能是人体的距离与方位信息。

6、在一个可选的实施方式中，所述主控电路包括：第一处理模块、fpga模块、电源模块、光电耦合复位模块、电机驱动模块、通讯接口模块、信号发射模块、信号接收模块、a/d转换模块和无线充电模块，其中，所述信号发射模块用于将在所述fpga模块控制下将所述声纳信号进行放大处理后传输至所述收发合置换能器；所述信号接收模块包括带通滤波器、前置运算放大器、后置双路反向放大器，用于将所述回波信号经过所述带通滤波器、前置运算放大器、后置双路反向放大器处理后输出至所述a/d转换模块；所述a/d转换模块用于将所述模拟信号转换成数字信号，并将转化后的数字信号输出至所述fpga模块；所述fpga模块用于将所述数字信号进行处理后输出至所述第一处理模块；所述第一处理模块用于工作参数控制、步进电机驱动控制、数据接收、打包传输控制；所述无线充电模块用于对所述二维成像声纳的可充电供电电池进行充电，以保证工作续航能力。

7、在一个可选的实施方式中，所述光电耦合复位模块用于所述二维成像声纳开始工作时，使所述步进电机能够从同一起始位置开始转动。

8、在一个可选的实施方式中，所述手持式二维成像声纳还包括：触发器，所述触发器用于在工作过程中改变所述二维成像声纳的探测范围，所述探测范围包括：短距离、中等距离以及远距离。

9、在一个可选的实施方式中，所述fpga模块包括spi通信子模块、波调制子模块、a/d数据采集子模块、正交解调子模块、数字滤波子模块、数制转换子模块和开根方取模值子模块，其中，所述声纳信号由波调制子模块产生并通过所述信号发射模块进行发送；所述回波信号经过信号接收模块后输入所述ad转换模块，所述fpga模块根据所述a/d数据采集子模块内部时序接收转换后的数字信号，所述数字信号依次经正交解调模块、数字滤波模块、数制转换模块、开根方取模值模块处理。

10、在一个可选的实施方式中，所述第一处理模块通过通讯接口模块连接显示模块。

11、第二方面，本发明实施例提供一种声纳探测方法，应用于如上所述的二维成像声纳，所述声纳成像方法包括：

12、启动并通过触发器设置探测范围，第一处理模块下达工作命令；

13、收发合置换能器发送声纳信号并接收回波信号；

14、将所述回波信号通过信号接收模块的带通滤波器、前置运算放大器和后置双路反向放大器进行滤波和信号放大；

15、通过a/d转换模块将处理后的模拟信号转变为数字信号，送入fpga模块；

16、fpga模块根据所述数字信号进行探测目标分类标识，若所述回声信号与探测目标回声波相匹配，则进行探测目标定位标记并输出；

17、将定位标记后的所述数字信号输入所述第一处理模块打包，并通过通讯接口模块传输到显示模块进行成像显示。

18、本发明实施例提供的一种手持式二维成像声纳，该声纳包括：收发合置换能器、控制开关、显示模块、主控电路、手持部和壳体，其中所述收发合置换能器、所述主控电路均置于所述壳体内部，所述控制开关、显示模块、手持部均置于所述壳体外部，所述控制开关用于开启和关闭所述二维成像声纳，所述收发合置换能器用于在控制开关的控制下发送声纳信号和接收回波信号；所述主控电路用于根据所述回波信号进行分类标识，若所述回声信号与探测目标回声波相匹配，进行探测目标定位标记后，最后传输至所述显示模块显示。本发明，实现了手持式二维成像声纳的便携，设置有可发光显示屏，操作简单，潜水员在进行水下探测作业及水下搜救任务时可通过握住声纳设备的手持部进行单手操作；可根据声纳信号返回的信息进行分类识别，并对可能是探测目标的信息进行定位标记，更加便利水下地形环境探测或蛙人搜索救援工作。

技术特征：

1.一种手持式二维成像声纳，其特征在于，所述二维成像声纳包括：收发合置换能器(1)、控制开关(2)、显示模块(3)、主控电路(4)、手持部和壳体，其中所述收发合置换能器(1)、所述主控电路(4)均置于所述壳体内部，所述控制开关(2)、显示模块(3)、手持部均置于所述壳体外部，所述控制开关(4)用于开启和关闭所述二维成像声纳，所述收发合置换能器(1)用于在控制开关(2)的控制下发送声纳信号和接收回波信号；所述主控电路(4)用于根据所述回波信号进行分类标识，若所述回声信号与探测目标回声波相匹配，进行探测目标定位标记后，最后传输至所述显示模块(3)显示。

2.根据权利要求1所述的手持式二维成像声纳，其特征在于，所述二维成像声纳还包括：置于所述壳体内部的步进电机(6)，所述收发合置换能器(1)下方的换能器轴(25)与所述步进电机(6)转动轴相连，工作时，所述步进电机(6)按照所设定的角度转动，所述收发合置换能器(1)通过与所述步进电机(6)的转动轴相连随之转动，以探测所述步进电机(6)转动角度范围内的水下环境。

3.根据权利要求1所述的手持式二维成像声纳，其特征在于，所述收发合置换能器(1)包括至少两个压电陶瓷换能器，其中，至少一个所述压电陶瓷换能器用于发送所述声纳信号，至少一个所述压电陶瓷换能器用于接收所述回波信号。

4.根据权利要求1所述的手持式二维成像声纳，其特征在于，所述收发合置换能器(1)具体用于接收到所述声纳信号后传输到主控电路(4)；所述主控电路(4)具体用于将所述收发合置换能器(1)传输的所述回波信号进行放大、滤波处理后，确定所述回声信号是否与探测目标回声波相匹配，若匹配，则在所述显示模块(3)中标记出可能是人体的距离与方位信息。

5.根据权利要求1所述的手持式二维成像声纳，其特征在于，所述主控电路(4)包括：第一处理模块(7)、fpga模块(8)、电源模块(9)、光电耦合复位模块(10)、电机驱动模块(11)、通讯接口模块(12)、信号发射模块(13)、信号接收模块(14)、a/d转换模块(15)和无线充电模块(16)，其中，所述信号发射模块(13)用于将在所述fpga模块(8)控制下将所述声纳信号进行放大处理后传输至所述收发合置换能器(1)；所述信号接收模块(14)包括带通滤波器、前置运算放大器、后置双路反向放大器，用于将所述回波信号经过所述带通滤波器、前置运算放大器、后置双路反向放大器处理后输出至所述a/d转换模块(15)；所述a/d转换模块(15)用于将所述模拟信号转换成数字信号，并将转化后的数字信号输出至所述fpga模块(8)；所述fpga模块(8)用于将所述数字信号进行处理后输出至所述第一处理模块(7)；所述第一处理模块(7)用于工作参数控制、步进电机驱动控制、数据接收、打包传输控制；所述无线充电模块(16)用于对所述二维成像声纳的可充电供电电池进行充电，以保证工作续航能力。

6.根据权利要求5所述的手持式二维成像声纳，其特征在于，所述光电耦合复位模块用于所述二维成像声纳开始工作时，使所述步进电机(6)能够从同一起始位置开始转动。

7.根据权利要求1所述的手持式二维成像声纳，其特征在于，所述手持式二维成像声纳还包括：触发器(5)，所述触发器(5)用于在工作过程中改变所述二维成像声纳的探测范围，所述探测范围包括：短距离、中等距离以及远距离。

8.根据权利要求5所述的二维成像声纳，其特征在于，所述fpga模块(8)包括spi通信子模块(17)、波调制子模块、a/d数据采集子模块(19)、正交解调子模块(20)、数字滤波子模块(21)、数制转换子模块(22)和开根方取模值子模块(23)，其中，所述声纳信号由波调制子模块产生并通过所述信号发射模块(13)进行发送；所述回波信号经过信号接收模块(14)后输入所述ad转换模块(15)，所述fpga模块(8)根据所述a/d数据采集子模块(19)内部时序接收转换后的数字信号，所述数字信号依次经正交解调模块(20)、数字滤波模块(21)、数制转换模块(22)、开根方取模值模块(23)处理。

9.根据权利要求5所述的二维成像声纳，其特征在于，所述第一处理模块(7)通过通讯接口模块(12)连接显示模块(3)。

10.一种声纳探测方法，其特征在于，应用于如权利要求1～9任一项所述的二维成像声纳，所述声纳探测方法包括：

技术总结
本发明公开了一种手持式二维成像声纳及声纳探测方法，包括：收发合置换能器、控制开关、显示模块、主控电路、手持部和壳体，收发合置换能器、主控电路均置于壳体内部，控制开关、显示模块、手持部均置于壳体外部，控制开关用于开启和关闭所述二维成像声纳，收发合置换能器用于在控制开关的控制下发送声纳信号和接收回波信号；主控电路用于根据回波信号进行分类标识，若回声信号与探测目标回声波相匹配，进行探测目标定位标记后，最后传输至所述显示模块显示。本发明可根据声纳信号返回的信息进行分类识别，并对可能是探测目标的信息进行定位标记，也可进行水下地形环境探测实时显示水下周围环境情况，能够适应蛙人各种水下探测或搜索救援工作。

技术研发人员：王静,许世龙,李宗兴,丁绍勇
受保护的技术使用者：云南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15