具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外，本发明提供的各个实施例或单个实施例中的技术特征可以相互任意结合，以形成可行的技术方案，这种结合不受步骤先后次序和/或结构组成模式的约束，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

三维侧扫声纳研究海底地形信息的获取以及水下目标物的立体探测重要前沿领域之一，是实现真三维侧扫点云图像以及超宽覆盖海底测深一体化，革命性地将2D侧扫声纳扩展到3D立体侧扫声纳时代，实现侧扫测深的二维和三维图像的同步处理。传统侧扫声纳很难进行海底目标的立体成像，无法对急剧起伏的海底和水中目标进行精细测绘和探测，为解决这一问题，采用三维侧扫声纳新体制，对水下地形及目标物三维成像进行测绘级立体成像，将大大提升水下海底地形测量和目标立体成像的分辨力和测绘效率。基于这种思想，本发明实施例提供了一种三维侧扫声纳系统，参见图1，该系统包括：电子系统，用于产生待发射信号及高压脉冲，并对接收的信号进行信号处理；显控系统，用于进行人机交互；换能器组，用于产生发射声波，并将回波信号转换为电信号。

具体地，三维侧扫声纳系统，按照功能可将整个系统划分为：前端的发射换能器、接收换能器构成换能器组；发射机、接收机和信号处理器构成电子系统；人机交互模块和三维图像可视化模块构成显控系统；电源及电源管理器构成电源系统。在声纳阵设计方面，采用球壳发射阵或柱壳发射阵，实现大功率，大视角声信号的发射。接收阵以48×24密排平面阵研制为主，采用压电陶瓷圆柱镶嵌在去耦材料的方式成阵。声纳设计方面有诸多不确定因素，比如，需通过仿真和实验来确定发射阵椭球壳的弧面角，以达到9度×45度的视角范围；密排接收阵阵子颗粒尺寸非常小，加工困难，通过对试制小规模样阵的工艺摸索，保证阵子的安装定位精度，实现通道间的相位一致性，并将带内起伏控制在±2dB以内。小型化、大规模和低功耗接收电子系统设计方面，接收电子系统选用低位高速率的ADC进行信号的采集，采用模块化的方式扩展采集通道数，每个采集模块实现64路信号的采集，整个双侧采集系统由16个采集模块组成，共计1024路。该采样方式的有效实施过程是:首先进行电路的计算机仿真计算，然后制作小规模的样板进行摸底，然后再进行大规模采集电路的设计及加工制作。信号处理系统研制方面，信号处理系统是整个声纳的核心部分，负责水声信号大规模处理，并产生驱动LCD显示器的视频数据流。拟在基于DSP和GPU平台进行技术开发。三维探测声纳的快速成像算法以及图像的可视化处理方面，将根据小型化信号处理平台的硬件结构，设计出合理的并行快速算法结构，实现每秒2-5帧图像的实时显示，并通过可视化图像处理特别是图像的单帧重建技术改善图像的视觉效果，并实现数据压缩。面阵的稀疏化是降低系统复杂性、提高系统可靠性的关键手段。首先研究格点上稀疏阵问题。这种面阵的优点是可以从密布的面阵上任意选取合适的阵元进行数据采集和处理，大大增加了系统的灵活性，同时随着采集功耗的下降以及信号处理能力的增强，可以适时增加系统的通道数，提高成像系统的分辨率和稳定性。在声纳阵设计方面，采用球壳发射阵或柱壳发射阵，实现大功率，大视角声信号的发射。接收阵以48×24密排平面阵研制为主，采用压电陶瓷圆柱镶嵌在去耦材料的方式成阵。声纳设计方面有诸多不确定因素，比如，需通过仿真和实验来确定发射阵椭球壳的弧面角，以达到9度×45度的视角范围；密排接收阵阵子颗粒尺寸非常小，加工困难，通过对试制小规模样阵的工艺摸索，保证阵子的安装定位精度，实现通道间的相位一致性，并将带内起伏控制在±2dB以内。

具体参见图3，基于上述系统实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的三维侧扫声纳系统，所述电子控制系统，包括：信号处理器，用于产生待发射信号并对回波信号进行测深、成像及可视化处理；发射机，用于产生高压脉冲并输送至发射换能器；接收机，用于对电信号进行放大、调理并转化为数字信号后输送至信号处理器。

具体参见图3，基于上述系统实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的三维侧扫声纳系统，所述显控系统，包括：人机交互模块，用于实现控制信号的人机交互输入；三维图像可视化模块，用于显示水底物体的三维图像和水底深度信息。

具体参见图3，基于上述系统实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的三维侧扫声纳系统，所述换能器组，包括：发射换能器，用于接收发射机输送的高压脉冲并产生发射声波；接收换能器，用于将回波信号转化为电信号。

具体参见图3，基于上述系统实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的三维侧扫声纳系统，还包括：电源及电源管理器，用于提供整机所需的各路电源，并对电池进行充电和电量检测。

具体地，每次成像操作时，信号处理器产生待发射的信号，送入发射机产生高压脉冲，进而驱动发射换能器产生发射声波。回波信号由接收换能器阵列转换为电信号，送入多通道接收机中放大、调理并转换为数字信号送入信号处理器，由信号处理器进行测深和成像及可视化处理，生成的目标三维图像和水底深度信息送入人机交互系统中的显示器上显示。人机交互系统实现控制信息交互输入。电源及电源管理器提供整机所需各路电源，并负责提供电池的充电和电量检测功能。

基于上述系统实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的三维侧扫声纳系统，所述电子系统设置在水密电子罐中，所述换能器组安装在水密电子罐的前端。

基于上述系统实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的三维侧扫声纳系统，所述水密电子罐后端面安装有水密插座，所述水密插座通过水密电缆与外部系统连接。

基于上述系统实施例的内容，作为一种可选的实施例，本发明实施例中提供的三维侧扫声纳系统，所述电池安装在所述水密电子罐内部，用于向电子系统供电。

具体地，按照机械结构可以将整个系统划分为：水密电子罐，在其前端面安装换能器组；水密电子罐内部放置电子系统；电子罐后端面有两个水密插座，用于通过水密电缆与外部系统连接。显示器，内装LCD显示器。电池，安装在水密罐内，向电子系统供电。水密电缆，用于连接外部系统。

本发明实施例提供的三维侧扫声纳系统及设备，通过将电子系统、显控系统和换能器组进行系统集成，可以对海底目标进行立体成像，分辨多入射角度的水底物体，进而对水中目标进行精确测绘和探测。

发射和接收声纳阵安装在声纳平台上，两侧安装。安装角暂采用如图4所示布置，图4显示了水下航行器搭载三维侧扫声纳系统的横截面，在水下航行器的中部安装发射和接收电子舱1，发射机收阵2和发射机收阵3分别安装在水下航行器的左下侧和右下侧。其中声纳阵侧视开角约46度，下部间隙角约60度，侧视波束中心线与水平面夹角约为37度，具体可以参见图5，经过试验后可根据试验结果对安装角的设计进行优化调整。

本发明实施例提供的三维侧扫声纳系统，在声纳阵设计方面，采用球壳发射阵或柱壳发射阵，实现大功率，大视角声信号的发射。接收阵以密排平面阵研制为主，采用压电陶瓷圆柱镶嵌在去耦材料的方式成阵。实现通道间的相位一致性，并将带内起伏控制在±2dB以内。三维侧扫声纳系统小型化、大规模和低功耗接收电子系统设计方面，接收电子系统选用低位高速率的ADC进行信号的采集，采用模块化的方式扩展采集通道数，提高了成像系统的分辨率及稳定性。信号处理系统研制方面，信号处理系统是整个声纳的核心部分，负责水声信号大规模处理，并产生驱动LCD显示器的视频数据流。基于DSP和GPU平台进行技术开发，大大增加了系统的灵活性，同时采集功耗的下降以及信号处理能力的增强。三维探测声纳的快速成像算法以及图像的可视化处理方面，根据小型化信号处理平台的硬件结构，设计了合理的并行快速算法结构，实现每秒2-5帧图像的实时显示，并通过可视化图像处理特别是图像的单帧重建技术改善图像的视觉效果，并实现数据压缩。

本发明实施例的系统是依托电子设备实现的，因此对相关的电子设备有必要做一下介绍。基于此目的，本发明的实施例提供了一种电子设备，如图2所示，该电子设备包括：至少一个处理器(processor)、通信接口(Communications Interface)、至少一个存储器(memory)和通信总线，其中，至少一个处理器，通信接口，至少一个存储器通过通信总线完成相互间的通信。至少一个处理器可以调用至少一个存储器中的逻辑指令，以实现系统实施例中提供的各种系统。

此外，上述的至少一个存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的全部系统或部分系统。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)实现各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法或系统。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。基于这种认识，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本专利中，术语"包括"、"包含"或者其任何其它变体意在涵盖非排它性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括……"限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。