进一步说明。
[0027]作为本发明的一种较佳施例，该多波束侧扫声纳装置，其左侧接收换能器(107)和右侧接收换能器(113)结构相同均为声学中心工作频率为600KHz的8元直线接收换能器阵，所能形成的接收波束宽度为沿航向方向0.05°，垂直航向方向40°;左侧发射换能器(105)和右侧发射换能器(115)结构相同，均为单阵元弧形发射换能器，发射换能器的基本结构为弧形压电陶瓷(701)通过填充材料(703)，固定到换能器安装结构(702)上，弧形压电陶瓷(701)表面采用聚氨酯(704)进行密封而成，发射换能器的弧度方向与航向方向垂直，所能形成的发射波束宽度为沿航向方向3°，垂直航向方向50°。
[0028]作为本发明的一种较佳施例，该多波束侧扫声纳装置，水下声纳单元(101)的水密电子舱(121)壳采用316不锈钢制成，左侧发射换能器(105)、左侧接收换能器(107)、右侧发射换能器(115)、右侧接收换能器(113)均安装于水密电子舱(121)外侧，安装方式三维示意图如图7所示。
[0029]作为本发明的一种较佳施例，该多波束侧扫声纳装置的水下声纳单元(101)中的微处理器(120)选用Cyclone III系列FPGA实现以便于与各种设备进行接口；水压力传感器
(109)和声速测量仪(111)均采用TTL电平的串行通信接口与FPGA的I/O引脚相连;姿态传感器(I 18)采用由三轴MEMS陀螺仪和三轴MEMS加速度传感器组成的三维运动姿态测量仪，测量水下声纳单元(101)的三维姿态；罗经(117)采用高精度电子罗盘，用于测量水下声纳单元(101)的航行方向；测量得到的水下声纳单元(101)的三维姿态数据和航向数据都用于海底图像拼接的过程修正条带空间位置。
[0030]作为本发明的一种较佳施例，该多波束侧扫声纳装置的水下声纳单元(101)中两侧的信号波形发生器(301)也由作为微处理器(120)的Cyclone III系列FPGA实现，通过数字逻辑产生PWM信号；功率放大器(302)采用由UCC27524作为驱动器由两片IRFI4110组成的D类功率放大器来实现;发射匹配电路(303)采用变压器耦合的发射匹配方式。
[0031]作为本发明的一种较佳施例，该多波束侧扫声纳装置的水下声纳单元(101)中多通道信号调理电路(114)中前置放大器(201)采用AD8429实现，带通滤波器(202)采用RC无源η型滤波器实现，可控增益放大器(203)采用AD8336实现，二级放大器(204)和低通滤波器(205)均采用AD8066实现，其中多通道信号调理电路(114)每通道电路的参数和结构相同，通道数与接收换能器阵元数相同。
[0032]作为本发明的一种较佳施例，该多波束侧扫声纳装置的甲板处理单元(102)中水下数据接收与分发单元(401)、左侧聚焦波束形成器(402)和右侧聚焦波束形成器(403)由一片处理能力更强的Xil inx公司的VIRTEX系列FPGA中完成;聚焦波束形成器为由FPGA数字逻辑实现的采用DFT结构的动态实时聚焦波束形成器;左侧回波强度计算器(404)和右侧回波强度计算器(405)由一片TI公司TMS320C6678系列DSP来完成，该DSP为多核构架，分别提取左右两侧不同波束的回波强度数据;水上微处理器(406)选用通用的ARM处理器完成数据的融合，最终形成海底侧扫图像并上传给控制计算机(104)。
[0033]以上所述仅为发明的一种较佳可行施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所做的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
【主权项】
1.一种多波束测扫声纳装置，其特征在于该装置由水下声纳单元(101)、甲板处理单元(102)、辅助测量设备(103)和控制计算机(104)组成，其中甲板处理单元(102)通过水密连接器(110)与安装于水下的水下声纳单元(101)的电子设备相连；甲板处理单元(102)通过数据电缆分别于位于水上的辅助测量设备(103)和控制计算机(104)相连。2.如权利要求1所述的多波束测扫声纳装置，其特征在于位于水下声纳单元(101)由安装于水密电子舱(121)外的左侧发射换能器(105)、左侧接收换能器(107)、右侧发射换能器(115)、右侧接收换能器(113)、水压力传感器(109)、声速测量仪(111)以及内部的电子系统组成。3.如权利要求1所述的多波束测扫声纳装置，其特征在于左侧发射换能器(105)和右侧发射换能器(115)结构相同均为单阵元发射换能器，其所发射声波在沿航行方向在水下声纳单元(101)左右两侧形成两个独立的扇形发射波束(501、504)，发射波束的形状为沿航向方向窄，垂直航向方向宽。4.如权利要求1所述的多波束测扫声纳装置，其特征在于左侧接收换能器(107)和右侧接收换能器(113)结构相同均为沿航行方向上的多阵元直线阵，并沿航行方向在水下声纳单元(101)的左右两侧形成对称的多个扇形接收波束(502,503),接收波束的形状为沿航向方向窄，垂直航向方向宽。5.如权利要求1所述的多波束测扫声纳装置，其特征在于水下声纳单元(101)的电子部分以微处理器(120)为中心分别与水压力传感器(109)、声速测量仪(111)、姿态传感器(118)、罗经(117)相连;微处理器(120)依次与左侧信号发生单元(119)、左侧发射换能器(105)相连，并依次与右侧信号发生单元(116)、右侧发射换能器(115)相连;微处理器(120)依次与左侧模数转换电路(108)、左侧多通道信号调理电路(106)、左侧接收换能器(107)相连，并依次与右侧模数转换电路(112)、右侧多通道信号调理电路(114)、右侧接收换能器(113)相连;微处理器(120)与水密连接器(110)相连并通过水密电缆与甲板处理单元(102)相连。6.如权利要求5所述的水下声纳单元(101)，其特征在于左侧信号发生单元(119)和右侧信号发生单元(116)结构完全相同，均由依次相连的信号波形发生器(301)、功率放大器(302)、发射匹配电路(303)组成。7.如权利要求5所述的水下声纳单元(101)，其特征在于左侧多通道信号调理电路(106)与右侧多通道信号调理电路(114)结构完全相同，均由依次相连的前置放大器(201)、带通滤波器(202)、可控增益放大器(203)、二级放大器(204)和低通滤波器(205)组成。8.如权利要求1所述的多波束测扫声纳装置，其特征在于水下声纳单元(101)数据通过水密连接器(110)和水密电缆连接至甲板处理单元(102)的水下数据接收与分发单元(401);水下数据接收与分发单元(401)依次与左侧聚焦波束形成器(402)、左侧回波强度计算器(404)和水上微处理器(406)相连，组成左侧信号处理系统；水下数据接收与分发单元(401)依次与右侧聚焦波束形成器(403)、右侧回波强度计算器(405)和水上微处理器(406)相连，组成右侧信号处理系统;水上微处理器(406)分别与水下数据接收与分发单元(401)、辅助测量设备(103)连接完成对辅助测量数据的采集，并通过通信电缆与控制计算机(104)相连。
【专利摘要】本发明公开一种多波束侧扫声纳装置，属于海洋测绘、航道保障等领域。具体来说该装置由水下声纳单元、甲板处理单元、辅助测量设备和控制计算机组成。与传统侧扫声纳相比其主要优势在于多波束侧扫声纳可在沿航向方向形成多个窄波束，一次测量即可在航行方向覆盖较大的海底区域，因此可以大大提高测量航速，解决了传统侧扫声纳在沿航向方向只能形成一个窄波束测量效率不高的问题，而大大提高测绘效率。该装置在海底测绘、海底底质勘测、海底工程施工、海底障碍物和海底沉积物探测及海底矿产勘探等民用方面具有广泛应用，同时在军用领域如水下安全、航道保障、扫雷等多个领域都能得到广泛的应用。
【IPC分类】G01S15/89
【公开号】CN105629249
【申请号】CN201610177504
【发明人】么彬, 鲁东, 魏玉阔, 汤云龙, 叶长林
【申请人】北京海卓同创科技有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年3月28日