技术特征：
1.一种用于发射和/或接收具有一个或多个期望波束图的声纳波束的声纳系统，其包括：换能器，其包括换能器元件的线性阵列，所述换能器由元件驱动信号驱动以投射声纳波束，并且响应于接收的声纳信号或声波生成元件接收信号；以及控制单元，其操作性地连接到所述换能器，所述控制单元配置为：基于与期望波束图相关联的驱动图加权集，从波形信号生成所述元件驱动信号，以从所述换能器投射；以及将接收图加权集应用于所述元件接收信号，所述接收图加权与由所述声纳系统接收的待检测或感测的期望波束图相关联，其中所述驱动图加权和接收图加权的每一个包括幅度分量和极性分量。2.如权利要求1所述的声纳系统，其中所述换能器提供平坦的辐射表面。3.如权利要求1或权利要求2所述的声纳系统，其中所述换能器的换能器元件具有均匀的形状。4.如权利要求1-3中任一项所述的声纳系统，其中所述元件具有任何形状并沿所述阵列的线性轴线对准。5.如权利要求1-4中任一项所述的声纳系统，其中所述换能器包括单个线性阵列。6.如权利要求1-4中任一项所述的声纳系统，其中所述换能器包括彼此平行对准的多个线性阵列。7.如权利要求1-6中任一项所述的声纳系统，其中所述声纳系统配置为根据一个波束图来发射和接收声纳波束。8.如权利要求1-6中任一项所述的声纳系统，其中所述声纳系统配置为根据多个波束图来发射和接收声纳波束，并且其中所述系统在操作期间可操作以在所述多个波束图之间进行选择。9.如权利要求1-8中任一项所述的声纳系统，其中所述控制单元包括发射模块，所述发射模块包括生成所述波形信号的波形发生器和接收所述波形信号并直接或间接连接到所述换能器元件的变换器。10.如权利要求9所述的声纳系统，其中所述变换器是基于所述驱动图加权配置的抽头变换器，以根据所述期望波束图生成所述元件驱动信号。11.如权利要求10所述的声纳系统，其中所述抽头变换器应用或实现所述驱动图加权的幅度分量。12.如权利要求9-11中任一项所述的声纳系统，其中所述声纳系统配置为用于根据多个可选波束图发射声纳波束，并且其中所述发射模块进一步包括换向器，所述换向器可操作以在应用到所述换能器的元件驱动信号的不同集之间切换，从而在用于发射的不同波束图之间切换。13.如权利要求12所述的声纳系统，其中元件驱动信号的每个集对应于驱动图加权的不同集。14.如权利要求1-8中任一项所述的声纳系统，其中所述控制单元包括发射模块，所述发射模块包括生成所述波形信号的波形发生器和配置为基于所述驱动图加权生成所述元件驱动信号的多信道放大器。
15.如权利要求14所述的声纳系统，其中所述多信道放大器应用或实现所述驱动图加权的幅度分量。16.如权利要求9-15中任一项所述的声纳系统，其中所述发射模块进一步包括一个或多个放大器，以在将所述驱动信号应用到所述换能器元件之前放大所述元件驱动信号。17.如权利要求16所述的声纳系统，其中所述发射模块包括用于每个换能器元件的放大器。18.如权利要求9-17中任一项所述的声纳系统，其中所述换能器元件均具有指定的正端子和负端子，并且所述发射模块配置为通过以正配置或反(负)配置应用每个驱动信号来实现或应用所述驱动图加权的极性分量。19.如权利要求1-18中任一项所述的声纳系统，其中所述驱动图加权的每一个的极性分量包括正或负的二进制选择。20.如权利要求1-18中任一项所述的声纳系统，其中所述驱动图加权的每一个的极性分量包括在00或1800的二进制定相之间的二进制选择。21.如权利要求1-20中任一项所述的声纳系统，其中所述控制单元包括接收模块和单信道接收机，所述接收模块包括直接或间接连接到所述换能器元件以接收所述元件接收信号的一个或多个加权求和电路，所述单信道接收机接收所述一个或多个加权求和电路的输出。22.如权利要求21所述的声纳系统，其中所述一个或多个加权求和电路配置为将所述接收图加权应用于所述元件接收信号，并将所述加权信号组合成所述接收机的单个输出。23.如权利要求1-20中任一项所述的声纳系统，其中所述控制单元包括接收模块，所述接收模块包括配置为接收所述元件接收信号并应用所述接收图加权的多信道接收机。24.如权利要求23所述的声纳系统，其中在所述多信道接收机的每个信道的输出处应用所述接收图加权，以生成加权输出信号。25.如权利要求23或24所述的声纳系统，其中所述接收模块配置为将所述加权输出信号求和为用于信号处理的输出信号。26.如权利要求21-25中任一项所述的声纳系统，其中所述声纳系统配置为根据多个可选波束图来接收声纳波束，并且其中所述接收模块可操作以取决于所述系统正在接收和处理哪个波束图来在接收图加权的不同集之间选择性地切换以应用于所述输入元件接收信号。27.如权利要求26所述的声纳系统，其中所述接收模块包括多信道接收机，所述多信道接收机配置为接收所述元件接收信号并应用所述接收图加权，并且其中所述多信道接收机可操作以取决于期望哪个波束图根据接收图加权的不同集来切换应用于所述元件接收信号的衰减器或增益。28.如权利要求27所述的声纳系统，其中所述接收图加权在所述接收元件信号数字化之后应用，使得所述加权在所述多信道接收机的软件或固件中应用并在其间切换。29.如权利要求1-28中任一项所述的声纳系统，其中所述声纳系统进一步包括发射-接收开关或开关阵列，所述开关或开关阵列可操作以取决于所述系统以发射模式还是接受模式操作来切换发射模块和接收模块之间的换能器连接。30.如权利要求1-29中任一项所述的声纳系统，其中所述声纳系统进一步包括连接到
所述控制单元的信号处理单元，所述信号处理单元配置为在发射模式期间控制发射模块，和/或在接收模式期间控制接收模块，用于进一步处理从所述接收模块输出的声纳信号。31.如权利要求1-30中任一项所述的声纳系统，进一步包括一个或多个显示器，用于显示由所述信号处理单元生成的声纳数据。32.如权利要求1-31中任一项所述的声纳系统，其中所述驱动图加权和/或接收图加权是预定的或预先计算的，并由所述声纳系统实现。33.如权利要求1-32中任一项所述的声纳系统，其中所述驱动图加权和/或接收图加权由加权函数计算算法计算。34.如权利要求33所述的声纳系统，其中所述加权函数计算算法包括迭代优化级，以基于加权的初始集和所述期望波束图响应生成优化的驱动图加权和/或接收图加权。35.如权利要求34所述的声纳系统，其中所述迭代优化级配置为基于成本函数和停止准则来迭代地修改所述加权的初始集，以生成针对所述期望波束图响应而优化的所述优化的驱动图加权和/或接收图加权。36.如权利要求34或35所述的声纳系统，其中所述迭代优化级配置为优化所述加权，以实现在远场中在其波束宽度上具有基本上均匀的强度或响应的波束图。37.如权利要求33所述的声纳系统，其中所述加权函数计算算法包括：以加权的初始基本序列的形式生成加权的初始集；基于所述初始基本序列估计来自所述换能器元件的远场阵列压力响应；评估初始基本序列的成本函数，其中所述成本函数与偏离所述波束图的期望远场阵列压力响应的范围相关；迭代地修改和重新评估经修改的基本序列，直到对成本函数没有改进以优化所述基本序列；以及基于经优化的基本序列生成所述驱动图和/或接收图加权。38.如权利要求37所述的声纳系统，其中所述成本函数基于期望的远场阵列压力响应来操作，所述远场阵列压力响应包括在远场中在其波束宽度上具有基本上均匀的强度或响应的波束图。39.如权利要求34-38中任一项所述的声纳系统，其中所述初始加权集是初始基本序列。40.如权利要求39所述的声纳系统，其中所述初始基本序列是以下中的任一个：二进制序列、巴克(barker)序列、经修改的二进制序列或经修改的巴克序列。41.如权利要求39所述的声纳系统，其中所述初始基本序列是任何序列。42.如权利要求39-41中任一项所述的声纳系统，其中所述基本序列是实数的有序集或序列。43.一种用于发射具有期望波束图的声纳波束的声纳系统，其包括：换能器，其包括换能器元件的线性阵列，所述换能器由元件驱动信号驱动以投射声纳波束；以及控制单元，其可操作地连接到所述换能器上，所述控制单元配置为基于与期望波束图相关联的驱动图加权集，从波形信号生成所述元件驱动信号，以从所述换能器投射，并且其中所述驱动图加权的每一个包括幅度分量和极性分量。
44.一种用于接收具有期望波束图的声纳波束的声纳系统，其包括：换能器，其包括换能器元件的线性阵列，所述换能器响应于接收的声纳信号或声波生成元件接收信号；以及控制单元，其可操作地连接到所述换能器，所述控制单元配置为将接收图加权集应用于所述元件接收信号，所述接收图加权与由所述声纳系统检测或感测的期望波束图相关联，其中所述接收图加权的每一个包括幅度分量和极性分量。45.一种从包括换能器元件的线性阵列的换能器发射具有期望波束图的声纳波束的方法，所述方法包括：基于与期望波束图相关联的驱动图加权集，从波形信号生成元件驱动信号集，以从所述换能器投射；以及将所生成的元件驱动信号集应用到所述换能器元件，以生成具有所述期望波束图的声纳波束，其中所述驱动图加权的每一个包括幅度分量和极性分量。46.一种从包括换能器元件的线性阵列的换能器接收具有期望波束图的声纳波束的方法，所述方法包括：从所述换能器元件接收元件接收信号集；将接收图加权集应用于所述元件接收信号以生成加权信号，所述接收图加权与所述期望波束图相关联；以及基于所述加权元件接收信号生成一个或多个输出信号，所述加权元件接收信号表示根据所述期望波束图接收的声纳波束，其中所述接收图加权的每一个包括幅度分量和极性分量。47.一种在声纳系统中生成驱动图加权和/或接收图加权以应用于元件驱动信号或元件接收信号的方法，所述声纳系统使用包括换能器元件的线性阵列的换能器，所述加权用于使用所述换能器的发射和/或接收的特定期望波束图，所述方法包括：生成或接收加权的初始基本序列；基于所述初始基本序列估计来自所述换能器元件的远场阵列压力响应；评估初始基本序列的成本函数，其中所述成本函数与偏离所述波束图的期望远场阵列压力响应的范围相关；迭代地修改和重新评估经修改的基本序列，直到对成本函数没有改进以优化所述基本序列；以及基于经优化的基本序列生成所述驱动图和/或接收图加权。48.如权利要求47所述的方法，其中所述初始基本序列是以下中的任一个：二进制序列、巴克(barker)序列、经修改的二进制序列或经修改的巴克序列。49.如权利要求47所述的方法，其中所述初始基本序列是任何序列。50.如权利要求47-49中任一项所述的方法，其中所述加权的基本序列是实数的有序集或序列。51.如权利要求47-50中任一项的方法，其中生成或接收初始基本序列包括接收代表所述初始基本序列的输入数据。
52.如权利要求47-51中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括基于所述优化的基本序列输出表示所生成的驱动图和/或接收图加权的数据。53.如权利要求47-52中任一项所述的方法，其中所述方法由计算机实现或由一个或多个处理器实现。
技术总结
一种用于发射和/或接收具有一个或多个期望波束图的声纳波束的声纳系统。该系统具有换能器，换能器具有换能器元件的线性阵列，该换能器由元件驱动信号驱动以投射声纳波束，并且该换能器响应于接收到的声纳信号或声波而生成元件接收信号。控制单元控制换能器，并配置为基于与从换能器投射的期望波束图相关联的驱动图加权集，从波形信号生成元件驱动信号。控制单元还配置为将接收图加权集应用于元件接收信号，接收图加权与由声纳系统接收的待检测或感测的期望波束图相关联。驱动图加权和接收图加权包括幅度分量和极性分量。收图加权包括幅度分量和极性分量。收图加权包括幅度分量和极性分量。
技术研发人员：R
受保护的技术使用者：卡拉汉创新有限公司
技术研发日：2020.09.16
技术公布日：2022/3/18