一种参量阵侧扫声纳探测系统及方法与流程

本发明涉及海底探测，具体涉及一种参量阵侧扫声纳探测系统及方法。

背景技术：

1、侧扫声呐图像中的特征目标信息在海洋科学研究(如海底底质分布、深海热液形成机制)、海洋工程(如海底管线选址、海底地貌获取、沉船发现)和海洋军事等方面有重要的应用价值。侧扫声呐瀑布图中的海底线表征拖鱼到海底的距离，是水珠区域与底质区域的分界线，也是目标量测、斜距改正及图像灰度均衡化的重要参数。高效准确进行海底线跟踪的高质量的侧扫声呐图像具有非常重要的意义。

2、请参阅图1-2，传统技术中的侧扫声纳技术采用高频超声波进行探测海底埋藏物，受限于声波频率，高频声波无法有效穿透海底表层，对于海洋的探测效果不佳。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种参量阵侧扫声纳探测系统及方法，用于解决现有技术中的侧扫声纳技术采用高频超声波进行探测海底埋藏物无法有效穿透海底表层的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种参量阵侧扫声纳探测系统，所述探测系统采用两个高频声波发生器、一个接收器、一个数据处理装置和一个工作站；

3、两个所述高频声波发生器用于向海底地层同时发射两个不同频率的高频声波，两个不同频率的高频声波以海水为介质进行传播时由于水的非线性效应而形成差频波，进而合成具有低频脉冲声波信号的参量阵侧扫声呐；

4、所述接收器用于接收被海底地层及以下反射的参量阵侧扫声呐信号，并预分析海底埋藏物的位置和形状；

5、所述数据处理装置电连接高频声波发生器和接收器，用于控制高频声波发生器发射的高频声波的频率和用于对接收器接收到的信号进行处理，生成高频和低频的图像，从而得到地貌侧扫成像；

6、所述工作站电连接数据处理装置，通过比较数据处理装置生成的高频图像和低频图像来进一步确定海底埋藏物的位置和形状。

7、于本发明的一实施例中，所述高频声波发生器包括一个功率转换模块、一个输出变压器、一个换能器；

8、所述功率转换模块用于将交流电变换成稳定的高压直流电，输出变压器用于将功率转换模块输入的直流电压变换成输出频率可调的高频脉冲电压，换能器用于将输出变压器输入的电功率转换成机械功率再传递出去。

9、于本发明的一实施例中，所述接收器包括一个由多个阵列排列的子块元件组成的换能器阵列和一个分析模块；

10、所述换能器阵列用于接收低频脉冲声波信号发射并被海底地层反射后的信号；

11、所述分析模块根据换能器阵列接收的信号预分析海底埋藏物的位置和形状。

12、于本发明的一实施例中，所述数据处理装置包括一个发射模块和一个接收模块；

13、所述发射模块用于发射电信号远程通信连接高频声波发生器；

14、所述接收模块用于电信号远程通信连接接收器，以获取接收器接收到的被海底地层反射后的信号。

15、一种参量阵侧扫声纳探测方法，包括所述的参量阵侧扫声纳探测系统，包括如下步骤：

16、s1、在水下设置两个高频声波发生器，分别用于产生两个不同频率的高频超声波f1、f2作为主频，f1、f2以海水为介质进行传播时由于水的非线性效应而形成差频波，进而合成具有低频脉冲声波信号的参量阵侧扫声呐，用于侧扫探测海底区域；

17、s2、采用一个接收器接收被海底地层及以下反射的参量阵侧扫声呐信号，并根据反射信号预分析海底埋藏物的位置和形状；

18、s3、在水上设置一个数据处理装置，将数据处理装置与声波发生器形成电连接，用于远程控制控制并调节高频超声波的发射频率；

19、s4、将数据处理装置与接收器形成电连接，用于获取接收器接收的反射信号并生成高频和低频的图像；

20、s5、在水上设置一个工作站，将工作站与将数据处理装置形成电连接，通过比较数据处理装置生成的高频图像和低频图像来进一步确定海底埋藏物的位置和形状；

21、s6，在工作站中设置有显示屏，用于直观展示海底探测情况。

22、于本发明的一实施例中，所述高频声波f1、f2在水介质中传播时由于水的非线性效应而形成差频波，改变两个主频频率就可以控制差频波的频率。

23、于本发明的一实施例中，两个不同频率的所述高频超声波f1、f2经水的非线性效应传播形成的差频波会产生一系二次频率，包括f1、f2、(f1+f2)、(f1-f2)、2f1、2f2，其中，(f1-f2)为低频脉冲声波信号，因f1、f2的频率非常接近，所以低频脉冲声波信号(f1-f2)的频率很低，具有很强的沉积层穿透力，能够用来探测海底浅部地层结构。

24、如上所述，本发明的参量阵侧扫声纳探测系统及方法，具有以下有益效果：

25、1、本发明通过将两个高频声波在海洋中进行传播时由于水的非线性效应而形成差频波，进而合成具有低频脉冲声波信号的参量阵侧扫声呐，参量阵侧扫声呐对海底地层进行探测，利用低频声波的高穿透特性，从而对海底地层进行穿透性的探测，实现对海底地层以下的埋藏物进行高效且精确的搜探、定位，提高对于海洋的探测效果；并且，本发明还能够广泛应用于海洋管缆巡检及状态评估、风电缆线巡检、掩埋目标打捞、水下考古等作业中，适用范围广。

26、2、本发明采用高频后合成具有低频脉冲声波信号的参量阵侧扫声纳，通过参量阵侧扫声纳对海洋进行探测，高频声波作为主频具有频率高的特点，因此可以将换能器制作得很小，提高声波发生器使用的便携性；高频声波经信号合成器产生的差频波的信号强度比主频声波强度稍高，衰减较慢，传播达到一个衍射单位长度时，声强最大，然后逐渐衰减；差频声波信号与高频时的波束角非常接近，且没有旁瓣，因此波束指向性好，具有较高的分辨率，可控的差频声波信号可以反映更多的沉积层信息，以便于对沉积层的进行分类且立体的识别。

技术特征：

1.一种参量阵侧扫声纳探测系统，其特征在于，所述探测系统采用两个高频声波发生器、一个接收器、一个数据处理装置和一个工作站；

2.根据权利要求1所述的参量阵侧扫声纳探测系统，其特征在于：所述高频声波发生器包括一个功率转换模块、一个输出变压器、一个换能器；

3.根据权利要求1所述的参量阵侧扫声纳探测系统，其特征在于：所述接收器包括一个由多个阵列排列的子块元件组成的换能器阵列和一个分析模块；

4.根据权利要求1所述的参量阵侧扫声纳探测系统，其特征在于，所述数据处理装置包括一个发射模块和一个接收模块；

5.一种参量阵侧扫声纳探测方法，包括权利要求1-4任一所述的参量阵侧扫声纳探测系统，其特征在于，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的参量阵侧扫声纳探测方法，其特征在于：所述高频声波f1、f2在水介质中传播时由于水的非线性效应而形成差频波，改变两个主频频率就可以控制差频波的频率。

7.根据权利要求6所述的参量阵侧扫声纳探测方法，其特征在于：两个不同频率的所述高频超声波f1、f2经水的非线性效应传播形成的差频波会产生一系二次频率，包括f1、f2、(f1+f2)、(f1-f2)、2f1、2f2，其中，(f1-f2)为低频脉冲声波信号，因f1、f2的频率非常接近，所以低频脉冲声波信号(f1-f2)的频率很低，具有很强的沉积层穿透力，能够用来探测海底浅部地层结构。

技术总结
本发明涉及海底探测技术领域，具体提供了一种参量阵侧扫声纳探测系统及方法，所述探测系统采用高频声波发生器、接收器、数据处理装置和工作站；所述探测方法包括：S1、在水下设置两个高频声波发生器；S2、采用一个接收器接收参量阵侧扫声呐反射信号；S3、在水上设置一个数据处理装置；S4、将数据处理装置与接收器形成电连接；S5、在水上设置一个工作站；S6，在工作站中设置有显示屏；本发明通过高频声波对海底进行探测，利用低频声波对海底地层进行穿透性的探测，实现对海底以下埋藏物的高效且精确的搜探、定位，还能够广泛应用于海洋管缆巡检及状态评估、风电缆线巡检、掩埋目标打捞、水下考古等作业中，适用范围广。

技术研发人员：吴岳,陈万胜,杨新发
受保护的技术使用者：翱飞（无锡）科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17