多波束前视声呐系统和探测方法与流程

技术特征：

1.一种多波束前视声呐系统，其特征是，由水声换能阵、前置放大器、信号调理与A/D转换模块、发射机、主控芯片组成；其中，

水声换能阵由发射换能器阵列与接收换能器阵列组成，发射换能器阵列用于产生一定波束角度的扇形声波波束，以照射测量船正前方的一条狭窄水域；接收换能器阵列则对回波信号进行待测方向的多波束形成、能量累积、幅度检测处理，当检测到响应角度的回波信号时记录其计数值，直至所有待测角度的回波都到达时完成一次测量；

前置放大器，负责将水声换能器中的接收阵接收到的回波信号进行前置放大并输出到信号调理与A/D转换模块；

信号调理与A/D转换模块，用于对回波信号进行滤波及数字化；

发射机，用于驱动发射换能器阵列形成系统需要的扇形声波波束；

辅助装备，用于上传当前系统环境声速、纵摇横摇幅度信息；

主控芯片，产生经过波束形成算法处理的超声波信号，通过发射机进行功率放大，推动发射换能器阵产生指向某一方位的窄波束，同时完成对前置放大器、信号调理与A/D转换模块以及发射机的同步控制，通过接收换能器阵列接收回波数据。

2.如权利要求1所述的多波束前视声呐系统，其特征是，此外，还包括上位机、显示器、打印机；上位机，用于对整个系统进行实时控制及数据存储，并控制显示器及打印机完成实时探测信号波形的显示及打印。

3.如权利要求1所述的多波束前视声呐系统，其特征是，主控芯片，发射出的声波遇到探测目标后反射回来，由接收换能器阵列将声信号转化为电信号，所述电信号通过前置放大后，再送到信号调理与A/D转换模块中进行滤波、与模数转换，最终将数据送入主控芯片中进行计算处理；对采样到的数据结合辅助设备所上传的当前声速、纵摇横摇幅度等信息进行检测，来判断目标方向上障碍物的有无。

4.如权利要求1所述的多波束前视声呐系统，其特征是，实现波束形成算法具体是，根据归一化的指向性特性函数：

对多元阵阵元接收信号进行时延或相移处理，使预定方向上的入射信号形成同相相加的处理过程称为波束形成；和/或在发射声波时，通过对各阵元信号进行一定的时延与相移处理，从而使得发射波束能量聚集在预定的方向上；其中，N元等间距发射换能器阵列，其阵元间距为d，各阵元接收灵敏度一致，处于远场位置声源频率为f，波长为λ，入射波方向角为θ，邻阵元接收信号间的相位差为

5.一种多波束前视声呐探测方法，其特征是，多波束前视声呐系统和探测方法，首先，利用主控芯片产生经过波束形成算法处理的超声波信号，通过发射机进行功率放大，推动发射换能器阵产生指向某一方位的窄波束；发射出的声波遇到探测目标后反射回来，由接收换能器阵列将声信号转化为电信号，所述电信号通过前置放大后，再送到A/D转换模块中进行滤波、增益控制、归一化、波束形成与模数转换，最终将数据送入主控芯片中进行计算处理。

6.如权利要求5所述的多波束前视声呐探测方法，其特征是，波束形成算法处理是，根据归一化的指向性特性函数：

对多元阵阵元接收信号进行时延或相移处理，使预定方向上的入射信号形成同相相加的处理过程称为波束形成；和/或在发射声波时，通过对各阵元信号进行一定的时延与相移处理，从而使得发射波束能量聚集在预定的方向上；其中，N元等间距发射换能器阵列，其阵元间距为d，各阵元接收灵敏度一致，处于远场位置声源频率为f，波长为λ，入射波方向角为θ，邻阵元接收信号间的相位差为