利用正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的方法技术

本发明专利技术提供一种使用正交阵列进行无人船监控区域超声波三维图像形成的方法，以常规模式也就是二维图像模式运行该装置从而获得二维图像，其中发送线性相控阵列仅用于对固定倾斜角φ＝0度的波束形成，接收线性相控阵列仅用于每次发送后对固定倾斜角φ＝0度的接收波的聚焦操作，发送器使能发送线性相控阵列的动作，这样在倾斜角为0度的位置每次发送会形成一个发送波平面，接收线性相控阵列接收到的超声波回声信号在接收器内处理，然后由平行光束形成器对应一个方位角将其聚焦到一条信号扫描线；将聚焦后的信号通过图像信号处理器进行处理并且在显示器上进行显示；将上述操作进行重复，形成一个与现有二维图像形成流程形成的平面相同的三维图像平面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人船监控区域成像方法，特别是采用超声波正交阵列形成。
技术介绍
无人机与无人驾驶汽车在科技界呼风唤雨,风头出尽,相较之下,低调的无人船知名度稍逊一筹。在小说中,无人船始终笼罩着一丝神秘气息,著名的\幽灵船\是作家虚构航海故事的经典素材,而在现实中,无人船是各国军事领域的心头宝,是科技竞争的重要技术。目前无人船处于高速发展的时期，然而无人船在下水试航之前以及水上作业的时候，仍然面临很多技术瓶颈没有解决。无人船，顾名思义，无需人类驾驶员对其进行操控，“零船员”概念的出现到底是否恰当，目前业界众说纷纭，刊物《安全》的记者就曾提出“无人船”理想与现实的距离，其中提出，如果某船突然起火其方位不明，依照现有的科技水平，无人船的操控着肯定会做出两种指令，一种是最优方法，即派灭火机器人寻找准确着火点并进行扑灭，第二种是如果机器人无法完成灭火任务，船舶将开启高压细水雾灭火系统完成灭火任务，两套方案，一套备用，看似没有缺陷，而有一个问题无法回避，就算全船都有监控设备，然而并不能保证监控设备毫无盲区，而此时若恰好在盲区内着火或者为引起火灾的来源，则两套方法都无法实施，我们只能眼睁睁看着船烧尽沉没。由此看来，对无人船的各个盲区都能进行有效的三维成像是正待解决的问题。
技术实现思路
因此本专利技术的目的一方面在于提供一种使用正交阵列进行无人船监控区域超声波三维图像形成的装置，包括：由互相垂直构成正交阵列的两个线性相控阵列，两个线性相控阵列分别为用于超声波的发送并且放置在X轴方向的发射线性相控阵列以及用于超声波回声的接收并且放置在Y轴方向的接收线性相控阵列，二者分别具有一个内部单元，两个内部单元相互之间相距λ/2，其中λ表示超声波波长，两个线性相控阵列公用同一个位于X-Y轴坐标系原点传感器单元作为各自的中心阵列单元；一边的长度略小于λ/2直角尺传感器；发送器，发出生成的用于发送线性相控阵列的超声波的电信号；接收器，从接收线性相控阵列接收返回正交阵列并由接收线性相控阵列内的传感器部件转换成电信号的超声波回声输出并将所接收的模拟电信号通过执行多个信号处理程序转化成为数字形式，信号处理程序在一个超声波成像装置中对所接收的模拟电信号进行操作；平行光束形成器，对接收器所提供的数字信号执行平行光束形成操作，所述平行光束形成器对φ＝0并且θ＝θn的平面上的所有点执行动态深度聚焦，然后对其施加一系列延迟法则，产生连续的多角度声束偏转或不同深度焦深，平行波形成器在平行波形成过程中执行衍射控相法从而减少旁瓣电平；图像信号处理器，接收所有在平行光束形成器中产生的扫描线信号并针对所接收的信号执行超声相控阵成像处理程序，从而产生不同形式的图像信号；显示器，显示图像信号；控制器，控制上述操作从而获得期望形式的三维图像；数据存储部分，接收器的输出同时输入到平行光束形成器以及数据存储部分以及三维 图像信号处理器。优选的，构成每个相控阵列的传感器部件数量优选为64或者128。优选的，X轴和Y轴构成一个正方形区域，该区域内放置发送线性相控阵列以及接收线性相控阵列的传感器单元。优选的，数据存储部分由大量半导体芯片或者高速大容量硬盘组成。优选的，三维图像信号处理器由一个高速数字信号处理器或者一个用于专用计算或者程序的大容量高速ASIC组成，或者由外部连接的计算机构成。优选的，发送器，接收器，平行光束形成器以及图像信号处理器与通用二维图像装置的相应结构是相同的。本专利技术的目的还在于提供一种利用正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的方法，步骤如下：(1)以常规模式也就是二维图像模式运行该装置从而获得二维图像，其中发送线性相控阵列仅用于对固定倾斜角φ＝0度的波束形成，接收线性相控阵列仅用于每次发送后对固定倾斜角φ＝0度的接收波的聚焦操作，发送器使能发送线性相控阵列的动作，这样在倾斜角为0度的位置每次发送会形成一个发送波平面，接收线性相控阵列接收到的超声波回声信号在接收器内处理，然后由平行光束形成器对应一个方位角将其聚焦到一条信号扫描线；(2)将聚焦后的信号通过图像信号处理器进行处理并且在显示器上进行显示；(3)将上述操作进行重复，形成一个与现有二维图像形成流程形成的平面相同的三维图像平面；(4)使用上述二维图像模式确定待扫描的三维区域；(5)在确定的三维区域中心定位正交阵列；(6)设定完成三维图像模式，然后执行三维扫描的发送和接收流程；(7)对应接收线性相控阵列的所有传感器元件每次步骤(6)发送 后接收器的输出被存储在数据存储部分；(8)完成上述步骤后，也就是，所有组成期望的三维区域的发送波平面形成后并且所有来自平面的反射信号以及接收线性相控阵列平面的传感器单元接收的信号都被存储后，发送和接收流程停止；(9)三维图像信号处理器读出存储在数据存储部分的数据，然后对三维扫描区域的所有扫描线执行波束聚焦，并且执行要求的三维图像处理，其中平行光束形成器，对接收器所提供的数字信号执行平行光束形成操作，平行光束形成器对φ＝0并且θ＝θn的平面上的所有点执行动态深度聚焦，然后对其施加一系列延迟法则，产生连续的多角度声束偏转或不同深度焦深，所述平行波形成器(40)在平行波形成过程中执行衍射控相法从而减少旁瓣电平；(10)最后向显示器(170)提供所有待显示的二维和三维图像的信息。优选的，步骤(9)的动态深度聚焦时，只使用一个发射延迟法则，对于接收信号则连续载入聚焦法则，使超声束沿声束轴线，对不同聚焦深度进行该扫描。优选的，当扩大数据存储部分的存储器容量后可以执行实时四维扫描。优选的，其中步骤(9)对三维扫描区域的所有扫描线执行除深度聚焦以外的其他控阵声束扫查方式。优选的，其他控阵声束扫查方式优选包括电子线形扫查或扇形扫查。采用超声正交阵列的相控阵方法，即使用电子方法控制声束聚焦和扫描，可以在不移动探头的情况下进行快捷和全面的扫查，提高扫描成像速度，具有良好的声束可达性，对于复杂的船体结构，通过优化控制焦点尺寸、焦区深度和声束方向，可使得分辨率和检测范围得到提高。根据下文结合附图对本专利技术具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本专利技术的上述以及其他目的、优点和特征。附图说明后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本专利技术的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。本专利技术的目标及特征考虑到如下结合附图的描述将更加明显，附图中：附图1为一视图，表示用于解释根据本专利技术的利用正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的方法及装置的坐标系；附图2为一框图，表示根据本专利技术的优选实施方式利用正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的装置；附图3为一框图，用于表示根据本专利技术的优选实施例的利用正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的装置，其中包含根据本专利技术的使用二维图像形成装置进行三维图像形成的方法。具体实施方式现在参考附图，根据本专利技术将给出细节的描述。本专利技术提供利用正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的结构，其中包括相比传统的二维阵列来说数量较少的传感器单元，并且在典型的二维图像扫描时间内完成三维图像扫描，以及使用该方法的新的三维图像形成方法及装置。参考附图2，根据本专利技术的优选实施例使用正交阵本文档来自技高网...

【技术保护点】
正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的方法，其特征在于：(1)以常规模式也就是二维图像模式运行该装置从而获得二维图像，其中发送线性相控阵列(111)仅用于对固定倾斜角φ＝0度的波束形成，接收线性相控阵列(112)仅用于每次发送后对固定倾斜角φ＝0度的接收波的聚焦操作，发送器使能发送线性相控阵列(111)的动作，这样在倾斜角为0度的位置每次发送会形成一个发送波平面，接收线性相控阵列(112)接收到的超声波回声信号在接收器(30)内处理，然后由平行光束形成器(40)对应一个方位角将其聚焦到一条信号扫描线；(2)将聚焦后的信号通过图像信号处理器(50)进行处理并且在显示器(60)上进行显示；(3)将上述操作进行重复，形成一个与现有二维图像形成流程形成的平面相同的三维图像平面；(4)使用上述二维图像模式确定待扫描的三维区域；(5)在确定的三维区域中心定位正交阵列(100)；(6)设定完成三维图像模式，然后执行三维扫描的发送和接收流程；(7)对应接收线性相控阵列的所有传感器元件每次步骤(6)发送后接收器(30)的输出被存储在数据存储部分(180)；(8)完成上述步骤后，也就是，所有组成期望的三维区域的发送波平面形成后并且所有来自平面的反射信号以及接收线性相控阵列平面的传感器单元接收的信号都被存储后，发送和接收流程停止；(9)三维图像信号处理器(190)读出存储在数据存储部分(180)的数据，然后对三维扫描区域的所有扫描线执行波束聚焦，并且执行要求的三维图像处理，其中平行光束形成器(40)，对所述接收器(30)所提供的数字信号执行平行光束形成操作，所述平行光束形成器(40)对φ＝0并且θ＝θn的平面上的所有点执行动态深度聚焦，然后对其施加一系列延迟法则，产生连续的多角度声束偏转或不同深度焦深，所述平行波形成器(40)在平行波形成过程中执行衍射控相法从而减少旁瓣电平；(10)最后向显示器(170)提供所有待显示的二维和三维图像的信息。...

【技术特征摘要】
1.正交阵列形成无人船监控区域超声波三维图像的方法，其特征在于：(1)以常规模式也就是二维图像模式运行该装置从而获得二维图像，其中发送线性相控阵列(111)仅用于对固定倾斜角φ＝0度的波束形成，接收线性相控阵列(112)仅用于每次发送后对固定倾斜角φ＝0度的接收波的聚焦操作，发送器使能发送线性相控阵列(111)的动作，这样在倾斜角为0度的位置每次发送会形成一个发送波平面，接收线性相控阵列(112)接收到的超声波回声信号在接收器(30)内处理，然后由平行光束形成器(40)对应一个方位角将其聚焦到一条信号扫描线；(2)将聚焦后的信号通过图像信号处理器(50)进行处理并且在显示器(60)上进行显示；(3)将上述操作进行重复，形成一个与现有二维图像形成流程形成的平面相同的三维图像平面；(4)使用上述二维图像模式确定待扫描的三维区域；(5)在确定的三维区域中心定位正交阵列(100)；(6)设定完成三维图像模式，然后执行三维扫描的发送和接收流程；(7)对应接收线性相控阵列的所有传感器元件每次步骤(6)发送后接收器(30)的输出被存储在数据存储部分(180)；(8)完成上述步骤后，也就是，所有组成期望的三维区域的发送波平面形成后并且所有来自平面的反射信号以及接收线性相控阵列平面的传感器单元接收的信号都被存储后，发送和接收流程停止；(9)三维图像信号处理器(190)读出存...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨越，
申请(专利权)人：杨越，
类型：发明
国别省市：广东;44