本實(shí)用新型涉及一種海洋機(jī)器人水下高清聲學(xué)成像技術(shù)設(shè)備領(lǐng)域，特別涉及一種海洋機(jī)器人下視三維成像艙段。

背景技術(shù)：

隨著能源動(dòng)力、電子器件和智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，海洋機(jī)器人已經(jīng)開(kāi)始逐步進(jìn)入實(shí)用化階段，在水下目標(biāo)搜索、水下搜救、水下資源勘探等多個(gè)領(lǐng)域取得應(yīng)用。三維聲學(xué)成像設(shè)備是海洋機(jī)器人完成水下成像的重要手段，可以對(duì)海底地形和目標(biāo)進(jìn)行三維成像。

現(xiàn)有技術(shù)中，海洋機(jī)器人用聲學(xué)成像設(shè)備主要采用與海洋機(jī)器人載體分體設(shè)計(jì)方案，其主要缺點(diǎn)為：體積大、功耗高，且會(huì)對(duì)海洋機(jī)器人外形造成較大影響，導(dǎo)致海洋機(jī)器人在水下阻力過(guò)大，能源利用率低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種海洋機(jī)器人下視三維成像艙段，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，通過(guò)一體化設(shè)計(jì)，將海洋機(jī)器人載體與共型聲學(xué)基陣、聲學(xué)電子系統(tǒng)等部分整體集成在一個(gè)海洋機(jī)器人艙段中，采用共型的柱形發(fā)射陣和共型的弧形接收陣大幅降低設(shè)備體積和載體阻力，并且保持海洋機(jī)器人載體的整體流形、且無(wú)明顯突出部分，降低了設(shè)備的體積尺寸和海洋機(jī)器人載體在水下的阻力，減少流噪聲對(duì)聲學(xué)基陣的性能影響，提高了海洋機(jī)器人能源利用效率和安裝使用的便捷性，提高海洋機(jī)器人三維成像質(zhì)量。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：一種海洋機(jī)器人下視三維成像艙段，包括載體艙段、聲學(xué)基陣、發(fā)射基陣、接收基陣、接收子陣、聲學(xué)電子系統(tǒng)、發(fā)射互聯(lián)纜、接收互聯(lián)纜、發(fā)射插接件、接收插接件、聲波發(fā)射模塊、聲波接收模塊、聲信號(hào)處理模塊，其特征在于：

所述載體艙段的底部設(shè)置有共型聲學(xué)基陣，所述聲學(xué)基陣包括發(fā)射基陣、接收基陣；所述發(fā)射基陣為柱形聲學(xué)發(fā)射基陣，所述發(fā)射基陣沿著載體艙段軸向，以弧形外凸式設(shè)置于所述載體艙段的底部；所述接收基陣為弧形聲學(xué)接收基陣，所述接收基陣呈弧形設(shè)置于所述載體艙段的下半周上，所述接收基陣上沿著弧形方向陣列式設(shè)置有多個(gè)接收子陣；所述載體艙段內(nèi)固定裝配有聲學(xué)電子系統(tǒng)，所述聲學(xué)電子系統(tǒng)包括聲波發(fā)射模塊、聲波接收模塊和聲信號(hào)處理模塊；所述聲波發(fā)射模塊中設(shè)置有發(fā)射機(jī)，所述聲波接收模塊中設(shè)置有接收機(jī)；所述聲波發(fā)射模塊通過(guò)發(fā)射互聯(lián)纜和發(fā)射插接件與發(fā)射基陣電氣信號(hào)連接，所述聲波接收模塊通過(guò)接收互聯(lián)纜和接收插接件與接收基陣電氣信號(hào)連接；所述聲波接收模塊與聲信號(hào)處理模塊電氣信號(hào)連接，所述載體艙段通過(guò)對(duì)接裝置與海洋機(jī)器人其它載體固定連接。

所述發(fā)射基陣由聲學(xué)電子系統(tǒng)聲波發(fā)射模塊中的發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)射基陣發(fā)射聲波，由接收基陣接收聲波信號(hào)，并由聲學(xué)電子系統(tǒng)聲波接收模塊的接收機(jī)將信號(hào)進(jìn)行濾波、放大預(yù)處理，最后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)傳送到聲信號(hào)處理模塊，所述聲信號(hào)處理模塊通過(guò)對(duì)采集的聲學(xué)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并最終得到高分辨率聲學(xué)圖像。

所述發(fā)射基陣至少設(shè)置一個(gè)，所述發(fā)射基陣沿軸向布置在接收基陣的艏、艉方向，所述發(fā)射基陣與接收基陣之間形成T字形配置或者十字形配置；所述接收子陣滿布于所述接收基陣上，所述接收基陣上沿著軸向設(shè)置有若干列接收子陣，每列接收子陣沿著弧形方向設(shè)置有若干個(gè)接收子陣；所述接收子陣的數(shù)量與載體艙段的直徑或?qū)挾日嚓P(guān)。

所述載體艙段由鋁合金、不銹鋼、非金屬材料通過(guò)加工、鑄造方式制造而成；所述載體艙段與海洋機(jī)器人的其他部分通過(guò)對(duì)接裝置進(jìn)行對(duì)接。

所述載體艙段整體為水密艙段或非水密艙段，所述載體艙段與聲學(xué)基陣一體化集成，所述聲學(xué)基陣為載體艙段不可分割的一部分，所述聲學(xué)基陣的外形保持海洋機(jī)器人載體的整體流形、且無(wú)明顯突出部分。

所述發(fā)射互聯(lián)纜、接收互聯(lián)纜采用水密或者非水密互聯(lián)纜，所述發(fā)射插接件和接收插接件采用水密或非水密插接件。

本實(shí)用新型的工作原理為：海洋機(jī)器人工作時(shí)，以某一航速在水中航行，由聲波發(fā)射模塊的發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)柱形聲學(xué)發(fā)射基陣向海洋機(jī)器人載體的下方發(fā)射聲波，聲波遇到水中目標(biāo)后反射或散射聲波，反射或散射的聲波由弧形聲學(xué)接收基陣的多個(gè)接收子陣接收，并將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，模擬電信號(hào)經(jīng)由聲學(xué)接收機(jī)濾波、放大預(yù)處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)由聲信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理，最終形成水下目標(biāo)，如蛙人、水下潛器等的高分辨率三維聲圖。

通過(guò)上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型技術(shù)方案的有益效果是：海洋機(jī)器人載體與全向共型聲學(xué)基陣、聲學(xué)電子系統(tǒng)等部分整體集成在一個(gè)海洋機(jī)器人艙段中，采用共型的柱形發(fā)射陣和共型的弧形接收陣大幅降低設(shè)備體積和載體阻力，并且保持海洋機(jī)器人載體的整體流形、且無(wú)明顯突出部分，降低了設(shè)備的體積尺寸和海洋機(jī)器人載體在水下的阻力，降低聲學(xué)基陣的流噪聲，提高了海洋機(jī)器人能源利用效率和安裝使用的便捷性，提高成像質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例所公開(kāi)的一種海洋機(jī)器人下視三維成像艙段主視圖示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例所公開(kāi)的一種海洋機(jī)器人下視三維成像艙段右視圖示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例所公開(kāi)的一種海洋機(jī)器人下視三維成像艙段A-A向剖面示意圖。

圖中數(shù)字和字母所表示的相應(yīng)部件名稱：

1.載體艙段 2.聲學(xué)基陣 3.發(fā)射基陣 4.接收基陣

5.接收子陣 6.聲學(xué)電子系統(tǒng) 71.發(fā)射互聯(lián)纜

72.接收互聯(lián)纜 81.發(fā)射插接件 82.接收插接件

9.聲波發(fā)射模塊 10.聲波接收模塊 11.聲信號(hào)處理模塊

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

根據(jù)圖1、圖2和圖3，本實(shí)用新型提供了一種海洋機(jī)器人下視三維成像艙段，包括載體艙段1、聲學(xué)基陣2、發(fā)射基陣3、接收基陣4、接收子陣5、聲學(xué)電子系統(tǒng)6、發(fā)射互聯(lián)纜71、接收互聯(lián)纜72、發(fā)射插接件81、接收插接件82、聲波發(fā)射模塊9、聲波接收模塊10、聲信號(hào)處理模塊11。

所述載體艙段1的底部設(shè)置有共型聲學(xué)基陣，所述聲學(xué)基陣2包括發(fā)射基陣3、接收基陣4；所述發(fā)射基陣3為柱形聲學(xué)發(fā)射基陣，所述發(fā)射基陣3沿著載體艙段軸向，以弧形外凸式設(shè)置于所述載體艙段1的底部；所述接收基陣4為弧形聲學(xué)接收基陣，所述接收基陣4呈弧形設(shè)置于所述載體艙段1的下半周上，所述接收基陣4上沿著弧形方向陣列式設(shè)置有多個(gè)接收子陣5；所述載體艙段1內(nèi)固定裝配有聲學(xué)電子系統(tǒng)6，所述聲學(xué)電子系統(tǒng)6包括聲波發(fā)射模塊9、聲波接收模塊10和聲信號(hào)處理模塊11；所述聲波發(fā)射模塊9中設(shè)置有發(fā)射機(jī)，所述聲波接收模塊10中設(shè)置有接收機(jī)；所述聲波發(fā)射模塊9通過(guò)發(fā)射互聯(lián)纜71和發(fā)射插接件81與發(fā)射基陣3電氣信號(hào)連接，所述聲波接收模塊10通過(guò)接收互聯(lián)纜72和接收插接件82與接收基陣4電氣信號(hào)連接；所述聲波接收模塊10與聲信號(hào)處理模塊11電氣信號(hào)連接，所述載體艙段1通過(guò)對(duì)接裝置與海洋機(jī)器人其它載體固定連接。

所述發(fā)射基陣3由聲學(xué)電子系統(tǒng)6聲波發(fā)射模塊9中的發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)射基陣3發(fā)射聲波，由接收基陣4接收聲波信號(hào)，并由聲學(xué)電子系統(tǒng)6聲波接收模塊10的接收機(jī)將信號(hào)進(jìn)行濾波放大預(yù)處理，最后將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；所述數(shù)字信號(hào)傳送到聲信號(hào)處理模塊11，所述聲信號(hào)處理模塊11通過(guò)對(duì)采集的聲學(xué)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，最終得到高分辨率聲學(xué)圖像。

所述發(fā)射基陣3至少設(shè)置一個(gè)，所述發(fā)射基陣3沿軸向布置在接收基陣4的艏、艉方向，所述發(fā)射基陣3與接收基陣4之間形成T字形配置或者十字形配置；所述接收子陣5滿布于所述接收基陣4上，所述接收基陣4上沿著軸向設(shè)置有若干列接收子陣5，每列接收子陣5沿著弧形方向設(shè)置有若干個(gè)接收子陣5；所述接收子陣5的數(shù)量與載體艙段1的直徑或?qū)挾日嚓P(guān)。

所述載體艙段1由鋁合金、不銹鋼、非金屬材料通過(guò)加工鑄造方式制造而成；所述載體艙段1與海洋機(jī)器人的其他部分通過(guò)對(duì)接裝置進(jìn)行對(duì)接。

所述載體艙段1整體為水密艙段或非水密艙段，所述載體艙段1與聲學(xué)基陣2一體化集成，所述聲學(xué)基陣2為載體艙段1不可分割的一部分，所述聲學(xué)基陣2的外形保持海洋機(jī)器人載體整體流形、且無(wú)明顯突出部分。

所述發(fā)射互聯(lián)纜71、接收互聯(lián)纜72采用水密或者非水密互聯(lián)纜，所述發(fā)射插接件81和接收插接件82采用水密或非水密插接件。

本實(shí)用新型具體操作步驟為：海洋機(jī)器人工作時(shí)，以某一航速在水中航行，由聲波發(fā)射模塊9的發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)柱形聲學(xué)發(fā)射基陣3向海洋機(jī)器人載體的下方發(fā)射聲波，聲波遇到水中目標(biāo)后反射或散射聲波，反射或散射的聲波由弧形聲學(xué)接收基陣4的多個(gè)接收子陣5接收，并將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，模擬電信號(hào)經(jīng)由聲學(xué)接收機(jī)濾波、放大預(yù)處理后，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)由聲信號(hào)處理模塊11進(jìn)行處理，最終形成水下目標(biāo)，如蛙人、水下潛器等的高分辨率三維聲圖。

通過(guò)上述具體實(shí)施例，本實(shí)用新型的有益效果是：海洋機(jī)器人載體與全向共型聲學(xué)基陣、聲學(xué)電子系統(tǒng)等部分整體集成在一個(gè)海洋機(jī)器人艙段中，采用共型的柱形發(fā)射陣和共型的弧形接收陣大幅降低設(shè)備體積和載體阻力，并且保持海洋機(jī)器人載體的整體流形、且無(wú)明顯突出部分，降低了設(shè)備的體積尺寸和海洋機(jī)器人載體在水下的阻力，降低聲學(xué)基陣的流噪聲，提高了海洋機(jī)器人能源利用效率和安裝使用的便捷性，提高成像質(zhì)量。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本實(shí)用新型。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實(shí)用新型的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本實(shí)用新型將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。