多扇区测量系统和方法技术方案

一种测量系统包括多波束回声测深器，多波束回声测深器具有单个投射器阵列和单个水听器阵列，该测量系统构建了多分量消息，用于声穿透多个扇区，并解构了相应的消息回声，用于分析每个扇区的回波。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多扇区测量系统和方法优先权申请并且通过引用结合本申请是2017年3月31日提交的美国专利申请No.15,476,137的部分接续，该美国专利要求2016年4月29日提交的美国临时专利申请No.62,329,631的权益，并且本申请要求2016年8月8日提交的62,372,231的权益，所有这些申请的全部内容实际上通过引用结合于此。本申请出于所有目的通过引用包括涉及米尔斯交叉声纳的美国专利No.3,144,631、涉及用于绘制海底地形图的声纳的8,305,841、涉及扩频通信技术的7,092,440、涉及多普勒频率估计的5,483,499以及涉及频率脉冲声纳的9,244,168的公开内容的全部内容。
本专利技术涉及水下声学系统、使用水下声学系统的方法以及处理和使用其产生的数据的方法。具体地，本专利技术涉及包括声纳系统的测量系统，所述声纳系统能够对水体底部进行多扇区声穿透(ensonification)。
技术介绍
1912年泰坦尼克号撞上冰山一个月后，英国气象学家LewisRichardson向英国专利局申请了水下测距装置的专利。Richardson专利技术的现代继承通常称为声纳(声音导航和测距)装置。这些装置包括使用换能器阵列投射通过液体介质的声波或压力波并且使用从散射和/或反射撞击波的特征接收相应回波的换能器阵列的装置。可以从回声中获得关于这些特征及其环境的信息。例如，水深测量提供关于散射中心的深度的信息，水柱测量提供关于水柱中的散射中心的信息，海底表征测量提供关于在海底表面和海底表面下方的散射中心的信息。在回声中返回的信息的多样性和质量可以部分地由用于激励投射器换能器的信号的特性来确定。获取这些信息的成本受到获取该信息所需的人力和设备的时间表的强烈影响。虽然在减少了进行水下测量所需的时间的同时在提高数据质量和多样性方面取得了一些进展，特别是通过使用多波束回声测深器，但长期存在的技术挑战和与建造和测试昂贵的新测量设备相关的风险对进一步类似的改进构成了重大障碍。
技术实现思路
本专利技术提供了一种多扇区测量系统和方法。多扇区测量操作可能在多个测量任务中有用，包括水深测量、水柱监测、前视测量、多普勒测速、多普勒电流剖面和运动稳定。水深测量可以受益于多扇区操作和相关的更广泛的声穿透区域，具有示例性的优势，包括更快的测量速度、冗余和目标的多方面成像中的一个或多个。水柱监测可能会受益于多扇区操作，其方式类似于水深测量，也可能是由于每声脉冲体积的声穿透扩大。应用包括计数生物制品、发现羽状物、量化污染物浓度等。前视声纳(FLS)可能会受益于多扇区操作，例如，声纳旋转90度，以面向其扇区。特别地，多个FLS扇区能够在每次声脉冲时搜索源前面的大体积。仅举几例，体积成像应用包括避障、监控水下构造和安全。多普勒测速仪可以受益于多扇区操作，其优点包括使用一个或多个前/后转向扇区，这些扇区允许来自多波束回声测深器的类似两面神(Janus)的波束配置，其中，可以进行多普勒估计，例如，多普勒计程仪(DVL)估计。当源静止时，类似的设置可以用作声学多普勒电流剖面仪(ADCP)。诸如三轴运动稳定等运动稳定可能受益于多扇区操作。例如，通常的做法是在声脉冲时使用俯仰/滚转测量来基于垂直参考电子地操纵角度校正，使得所有声脉冲报告来自相同波束角度的数据，而不管船只运动如何。使用多个扇区还可以支持对偏航、沿第三轴的旋转的校正。在一个实施例中，测量系统提供用于多扇区水深测量，所述测量系统包括用于安装在水上交通工具上的多波束回声测深器系统，所述测量系统包括：声学收发器，用于供单个投射器阵列中的一个或多个换能器和单个水听器阵列中的多个换能器使用；米尔斯交叉设置的投射器和水听器阵列；收发器发射机，用于生成包括N≥3个编码消息分量的消息，用于使水体底部的各个扇区声穿透；收发器接收机，其具有接收机工作频率范围，所述接收机用于接收来自声穿透扇区的在时间和频率上重叠的回波；接收机中的N个匹配滤波器，每个匹配滤波器选择性地检测相应的扇区回波；并且，所述接收机的工作频率范围包括消息分量频带；其中，所述消息分量在时间和频率上重叠。在一些测量系统实施例中，每个消息分量占据大部分或基本上所有的消息分量频带。大部分可能指的是超过50％的消息分量频带或超过75％的消息分量频带。基本上所有可能指的是超过90％的消息分量频带。基本上所有可能指的是收发器技术限制，这些限制导致与发射机工作频带相比频率误差较小。并且，在一些测量系统实施例中，测量系统还包括：收发器发射机中的N个信号发生器，每个信号发生器用于生成编码消息分量中的相应一个。在一些测量系统实施例中，测量系统还包括：收发器发射机中的N个扩频信号发生器，每个信号发生器用于生成编码消息分量中的相应一个；并且，其中，所述消息分量频带占据了少于接收机工作频率范围的一半。在另一些测量系统实施例中，测量系统还包括：收发器发射机中的N个扩频信号发生器，每个信号发生器用于生成编码消息分量中的相应一个；并且，其中，消息分量频带占据了基本上所有的接收机工作频率范围。在一些测量系统实施例中，测量系统还包括：一组不同的跳频码，每个码用于指导选择表征每个消息分量的三个或更多频率。在一些测量系统实施例中，测量系统还包括：其中，所述消息分量包括三个或更多频率的连续正弦波形。并且，在一些测量系统实施例中，科斯塔斯码用于指导选择频率。在一些测量系统实施例中，消息包括五个或更多个消息分量。在一些测量系统实施例中，消息包括十个或更多个消息分量。在一些测量系统实施例中，消息包括二十个或更多个消息分量。在这些实施例中的一些中，并行发射消息内的消息分量。并且，在这些实施例中的一些实施例中，串行发射消息内的消息分量。在一些测量系统实施例中，消息包括(y+z)消息分量；在时间间隔t1内并行发射y个消息分量；在时间间隔t2内并行发射z个消息分量；并且，时间间隔t2晚于时间间隔t1开始。附图说明参照附图描述本专利技术。这些附图包含在本文中并构成说明书的一部分，说明了本专利技术的实施例，并与说明书一起进一步用于解释其原理，使得相关领域的技术人员能够进行和使用本专利技术。图1A示出了包括本专利技术的多波束回声测深器系统的测量系统；图1B至图1F示出了图1A的多波束回声测深器系统的至少多个部分的实施例；图1G示出了所选符号的图例；图2A至图2B示出了供图1A的多波束回声测深器系统使用的消息周期；图3A示出了配备有供图1A的多波束回声测深器系统的米尔斯(Mills)交叉型排列阵列的船只；图3B至图3F示出了供图1A的多波束回声测深器系统使用的扇区和多扇区操作；图4示出了供图1A的多波束回声测深器系统使用的信号代码和序列的表；图5A至图5G示出了供图1A的多波束回声测深器系统使用的各种扩频消息。具体实施方式在以下页面中提供的公开描述了本专利技术的一些实施例的示例。设计、附图和描述是其公开的实施例的非限制性示例。例如，所公开的装置和/或方法的其他实施例可以包括或不包括本文描述的特征。此外，所描述的特征、优点或益处可仅适用于本专利技术的某些实施例，而不应用于限制所公开的专利技术。本文使用的术语“耦合”包括直接和间接连接。此外，在第一和第二装置耦合的情况下，包括有源装置的居间装置可以位于其间。图1A至图1E示出了包括多波束本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于执行多扇区水深测量的测量系统，所述测量系统包括用于安装在水上行驶的交通工具上的多波束回声测深器系统，所述测量系统包括：声学收发器，用于供单个投射器阵列中的一个或多个换能器和单个水听器阵列中的多个换能器使用；米尔斯交叉设置的所述投射器阵列和所述水听器阵列；收发器发射机，用于生成包括N≥3个经编码的消息分量的消息，用于声穿透水体底部上的各个扇区；收发器接收机，其具有接收机工作频率范围，所述接收机用于接收来自被声穿透的扇区的在时间和频率上重叠的回波；接收机中的N个匹配滤波器，每个匹配滤波器选择性地检测相应的扇区回波；以及所述接收机的工作频率范围包括消息分量频带；其中，所述消息分量在时间和频率上重叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.29 US 62/329,631;2016.08.08 US 62/372,231;1.一种用于执行多扇区水深测量的测量系统，所述测量系统包括用于安装在水上行驶的交通工具上的多波束回声测深器系统，所述测量系统包括：声学收发器，用于供单个投射器阵列中的一个或多个换能器和单个水听器阵列中的多个换能器使用；米尔斯交叉设置的所述投射器阵列和所述水听器阵列；收发器发射机，用于生成包括N≥3个经编码的消息分量的消息，用于声穿透水体底部上的各个扇区；收发器接收机，其具有接收机工作频率范围，所述接收机用于接收来自被声穿透的扇区的在时间和频率上重叠的回波；接收机中的N个匹配滤波器，每个匹配滤波器选择性地检测相应的扇区回波；以及所述接收机的工作频率范围包括消息分量频带；其中，所述消息分量在时间和频率上重叠。2.根据权利要求1所述的测量系统，其中，每个消息分量占据基本上所有的消息分量频带。3.根据权利要求1所述的测量系统，还包括：所述收发器发射机中的N个信号发生器，每个信号发生器用于生成所述经编码的消息分量中的相应一个。4.根据权利要求1所述的测量系统，还包括：所述收发器发射机中的N个扩频信号发生器，每个信号发生器用于生成所述经编码的消息分量中的相应一个；以及其中，所述消息分量频带占据了少于接收机工作频率范围的一半。5.根据权利要求1所述的测量系统，还包括：所述收发器发射机中的N个扩频信号发生器，每个信号发生器用于生成所述经编码的消息分量中的相应一个；以及其中，所述消息分量频带占据基本上所有的接收机工作频率范围。6.根据权利要求5所述的测量系统，还包括：一组不同的跳频码，每个码用于指导选择对每个消息分量进行表征的三个或更多个频率。...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹斯·斯蒂恩斯特拉普，克里斯多佛·蒂曼，马克·初恩，柯克·霍巴特，
申请(专利权)人：R二索尼克有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US