CN110208811A - 压缩声纳数据的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及压缩声纳数据的方法。在使用大阵列多元声纳探测器的声纳系统中，在将原始数据发送到波束形成器以将原始数据转换为与反射声纳信号的物体的空间位置有关的信息之前，对于多元阵列中的各个探测器，使原始相位与强度数据减少到小于每通道每片段3位。

Description

压缩声纳数据的方法
相关专利与申请
下列美国专利和美国专利申请与本申请相关：于8月20日授予Hansen等人的 US6,438,071；于2008年12月16日授予Hansen的US 7,466,628；于2009年2月10 日授予Hansen的US 7,489,592；于2011年11月15日授予Sloss的US 8,059,486；于 2011年3月1日授予Sloss的US 7,898,902；2014年10月7日授予Sloss的US 8,854,920；以及于2015年4月28日授予Sloss的US 9,019,795。由Sloss于2015年 10月30日提交的美国专利申请14/927,748和14/927,730也与本申请相关。
上述专利和专利申请转让给本发明的受让人，并且通过引用的方式全部(包括所包含的材料)并入本文中。
技术领域
本发明的领域是来自从表面散射的声纳信号的稀疏数据的传输和/或存储的领域。
背景技术
本发明的目的在于，测量从水听器(hydrophone)阵列接收到的模拟信号，并且 在将信号发送到波束形成系统或数字存储设备之前，将来自测得的模拟信号的数据转 换成大大减少的数字数据信号集。
发明内容
通过引导在物体处的声纳脉冲并记录从具有声纳成像阵列的物体反射的声纳信号，来使浸入流体的一个或多个物体成像。从反射的声纳信号计算得到的数据用于产 生物体的声纳图像。将来自声纳成像阵列的原始数据发送到波束形成器，该波束形成 器将由声纳成像阵列测量得到的干涉反射声波的相位和强度转换成物体反射声纳脉 冲的物理空间内的点。波束形成器有利地与声纳阵列分开，并且阵列与波束形成器之 间的数据链路可以具有有限的数据传输带宽。声纳阵列有利地包含在遥控式水下机器 人(ROV)中，该遥控式水下机器人可具有有限的数据记录能力。在这两种情况下， 有利地处理原始数据，以便在仅略微降低最终波束形成的声纳图像的同时，大大减少 传输或存储的原始数据量。
附图说明
图1示出了发送声纳波到表面的声纳源和接收来自该表面的反射声纳信号的声纳阵列接收设备的示意图。
图2示出了现有技术流程，详细描述了从水听器大阵列接收电模拟信号并产生数字数据的原始数据集以便传输至波束形成器设备的过程步骤。
图3示出了现有技术流程，详细描述了从水听器大阵列接收原始数字数据并利用波束形成器产生声纳图像的过程步骤。
图4A和图4B示出了针对反射声波的单个时间片段内的单行计算得到的声纳信 号的实数部分和虚数部分的原始数据数字数据记录。
图4C示出了针对图4A和图4B的单行和单个片段数据计算得到的声波强度的原 始数据数字数据记录。
图4D示出了单个ping脉冲中所有片段的平均片段强度和片段号(时间)的原始 数据。
图5示出了本发明的一种优选方法的流程图。
图6A示出了针对反射声波的单个片段记录的12位原始相位数据和强度原始数据、以及由这12位数据波束形成的图像数据。
图6B示出了针对反射声波的单个片段记录的仅4相位(即2位)的原始数据、 以及由这12位数据波束形成的图像数据。
图6C示出了波束形成器使用所有的12位实数数据、12位虚数数据计算得到的 海床的表示。
图7A和图7B示出了波束形成的图像，其中12位原始数据是波束形成的并且在 波束形成之后通过两种压缩技术进行压缩。
图7C和图7D示出波束形成的图像，其中2位原始数据(4个相位)是波束形 成的并且在波束形成之后通过两种压缩技术进行压缩。
图8示出了发送传出声纳波束的圆锥形空间的示意图。
图9A示出了现有技术放大器电路和现有技术的ADC的示意图。
图9B示出了本发明的一种优选方法的1位比较器电路的示意图。
图9C示出了本发明的一种优选方法的1位(实数、虚数)比较器电路的示意图。
图9D示出了具有定时和锁存信号的图9C的电路的示意图。
图10示出了图9D的电路的输入和输出，示出了由电路系统返回的4个相位。
图11示出了具有定时和锁存信号的图9B的电路的示意图，该定时和锁存信号 用于仅产生用于传输到波束形成器的两个相位或发送到存储器。
具体实施方式
众所周知，以视觉形式呈现的数据比以表格、图形、文本等形式呈现的数据使人们更好理解。然而，即使在视觉上将数据呈现为条形图、线形图、映射图或地形图， 也需要经验和训练来解释这些数据。但是，人们可以立即识别并理解即使最好且最快 的计算机也无法选出的视觉图像中的图案。因此，在将数据转换成图像上做出了许多 努力。
特别是，很难产生由与光无关的数据生成的图像。其中一种这种类型的数据是声纳数据，其中将声纳信号脉冲从发生器发送到一流体体积，并且通过一个或多个探测 器元件记录来自被声能穿透(insonified)的体积中的物体的反射声音能量。术语“被 声能穿透的体积”是本领域技术人员熟知的，并且在本文中定义为声波被引导穿过的 一定流体体积。在本发明中，发出称为ping脉冲(ping)的声波的声纳信号脉冲，使 该声纳信号脉冲对大致呈锥形体积的水进行声能穿透。
图1示出了带有水下的超声波声纳发生器或ping脉冲发生器12的船舶10的示 意图。传出ping脉冲的传出声波13冲击悬浮在水中悬浮的物体14上，声波16被反 射回多元声纳探测器19。物体14可以悬浮在水中、位于海床15上或者埋在海床15 中。声波17也图示为从海床15反射到声纳探测器19。声波16和17还可以从水的 表面11再次反射(未示出)。可以发出具有传出ping脉冲频率Pf的一系列传出ping 脉冲。声纳ping脉冲通常具有恒定的声音频率f。(有时，在现有技术中，在称为啁 啾ping脉冲信号的方法中的脉冲期间，频率f会发生变化，其中在整个脉冲中的ping 脉冲频率单调增加或减小。)主振荡器(未示出)产生频率为f的方波电压输出， 并且ping脉冲发生器使用主振荡器产生与主振荡器同相的输出正弦声波。传出ping 脉冲长度lp和传出ping脉冲时间tp均与声音在水中的速度有关。常规的传出ping脉 冲长度lp为大约15米。
可以发出具有传出ping脉冲频率Pf的一系列传出ping脉冲。声波13图示为朝 着物体14传播的锥形波束。通过多元声纳探测器阵列19中的各个探测器元件接收反 射声波16，该多元声纳探测器阵列19测量各个元件处的反射ping脉冲声波的压力， 并返回表示冲击该元件的声波的振幅和时间的电模拟信号。
反射ping脉冲信号可以细分成具有片段时间ts的一系列片段。
对来自各个元件的电模拟信号进行数字化处理，以产生表示多元探测器中的各个探测器处的反射声纳波相位和强度的原始数据。
主振荡器方波用于提供频率为主振荡器方波的边缘的4f倍的脉冲，因此以主振荡器的0、90、180、270度的相位对各个探测器处的接收信号进行采样。在0和180 度的样品给出反射声波相对于主振荡器的相位的实数部分，而在90和270度的样品 给出虚数部分。
反射ping脉冲信号可以细分成具有片段时间ts和片段长度ls的一系列片段。常 规的片段长度ls是4cm，并且常规的ping脉冲长度lp是大约15米。
然后，利用波束形成器程序对数字化的数据进行转换，以根据范围和来自探测器的两个正交角度提供三维空间极坐标中的点。极坐标空间中的这些点通常又表示为三 维笛卡尔坐标空间中的数据。然后，点数据可以表示为例如海床上方的高度或表面下 方的深度，以作为“z”坐标；而例如，x和y坐标可以选择作为西方和北方。在其 它示例中，x或y坐标可以选择为平行于墙面或其它长且通常呈直的物体。
声纳数据的一个特征是非常稀疏，因为被声能穿透的体积通常是只具有一个或几个感兴趣的物体的水。流体的体积在三维笛卡尔坐标空间中通常分为一系列立方体， 并且从一小部分具有长度为ls的边的立方体返回数据。声纳图像的分辨率与立方体的 线性尺寸ls成反比，而记录来自各探测器元件的信号并根据信号的来源进行计算的运 算成本与立方体尺寸的三次方成反比。然后，在分辨率和计算机能力以及从接收到的 数据产生图像所花费时间之间进行权衡。
在其它电磁或超声波成像技术中，数据是非常密集的。在与声纳成像无关的领域中，医学成像基本上具有来自各个体素的信号，但是用于诸如CT扫描、MRI扫描、 PET扫描和超声波成像等成像的技术并不适用于稀疏的声纳数据。同样，在寻找石油 和天然气时从地球表面发出到地球深处以返回岩层的数据的声波的信号产生密集数 据，并且为这些领域开发的技术通常不会被声纳成像领域中的技术人员知道或使用。
本发明用于减少从声纳探测阵列发送到波束形成器部分或例如遥控式水下机器人(ROV)中的数据存储系统的原始数据的量。然后，在现有技术中接收关于反射声 波的相位和振幅信息形式的未压缩数据的波束形成器，将在提供将声波散射回多元探 测器的物体的位置的三维空间映射的过程中大大压缩数据。例如，对于两个正交角度 的离散值的各个分辨率元素，波束形成器将只返回一个范围。通常，将会选择“第一 超阈值”(FAT：firstabove threshold)强度信号或最大强度(MAX：maximum intensity) 信号，来给出两个正交角度的任何特定值的单一分辨率元素的范围。例如，设置FAT 信号的阈值可以忽略来自软组织鱼的信号以及比金属物体或海床更低的反射率。然 后，例如，将会丢弃大量数据，例如，将会忽略从其它范围返回的低强度信号。
在图2和图3的流程图中示出了了现有技术中的信号接收和处理。声纳接收阵列19包括夹设在两个电极的压电材料。对其中一个电极进行蚀刻以提供电极阵列。(在 该部分中论述的示例中，该阵列为48×48个元素，各个元素具有大约3.5×3.5mm的 尺寸，并且各电极之间的间隔为0.5mm。)将引脚附接至阵列中的各个3.5×3.5mm 元素，并且每行的18个元素中的引脚可移除地附接至48个印刷电路板中的一个印刷 电路板。图2示出了将微伏电模拟信号运输到印刷电路板的48×48条通道的表示。48 个PCB板分别具有48个放大电路20，这些放大电路20将微伏级信号放大成伏特级 信号，以便进一步处理。使信号通过低通滤波器21以滤除高频噪声，并且然后使它 们通过10或12位模数转换电路(ADC)22。ADC对1.5MHz下的电模拟信号进行 采样，或者将声纳频率的频率增加4倍，给出在区域中的声波振幅和相位的数字表示， 分别是声纳接收器的4×4mm区域分辨率元素。对于10位编码器，来自整个整列的 数字数据流是34Gbits/sec。使来自ADC 22的各个输出流通过具有信号输入的正交编 码器23，该信号输入给出所发出的声纳信号的相位。来自正交编码器23的输出是2034 条通道中的各条通道的编号，各个编号具有实数部分和虚数部分，并且各个部分具有 10位的准确度。声纳波的强度在实数部分和虚数部分的平方和的平方根所给出的各 个4×4mm区域中，并且由实数部分和虚数部分的归一化向量和，给出信号的相对 相位。使数据通过滤波器24，该滤波器24对声纳波束的4cm片段长度内的实数部 分和虚数部分进行平均，并且使信号通过通道汇聚器25。该汇聚器提供原始片段数 据26，以便提交到波束形成器部分。
图3是波束形成器对原始数据进行的处理的流程图。判定步骤30向顶端30波束 形成器(向进入水面船舶或支持回声测深仪的其它结构中的波束形成器)发送原始数 据，或者向包含有用于原始数据收集的电子设备的水下容器(底端)中的波束形成器 部分32发送原始数据。在任意位置处的波束形成器部分接收有关冲击在探测器阵列 的各个元件上的声波的相位和振幅的数据，并且计算相对于所测得的声波从中散射的 探测器阵列在空间中的位置。顶端波束形成器可以使用更强大的计算机，但对于高效 且廉价的数据传送，从阵列探测器到顶端的数据传输速率可能会太大。
波束形成器针对各个ping脉冲计算各个范围元素(片段)，和两个正交角分辨率元素中的每一个，并且回答问题“是否存在来自该三维元素的反射？”。然后，通常， 波束形成器进行ping脉冲压缩并且在ping脉冲压缩步骤33中丢掉绝大多数测得的数 据。一个熟知的压缩步骤是，仅为各个角分辨率元素登记一个范围。示出了的两种常 用的压缩方法是FAT(第一超阈值)方法和MAX压缩方法，在FAT方法中，强度大 于预设阈值的第一信号确定将特定角分辨率元素记录在哪个体素中，而在MAX压缩 方法中，使用来自特定角分辨率元素的返回的强度最大的声纳信号来登记范围。其它 类型的压缩技术35使用来自邻近片段的数据，来决定是否要保持单个或多个数据点。 例如，可以将大量触碰的片段(touchingslices)和角分辨率元素分组成不具有反射。 如果观察到的体积在ping脉冲到ping脉冲有轻微变化，也可以将ping脉冲到ping 脉冲的数据相比较，来压缩波束形成的数据。
波束形成的数据给出了相同范围(例如，一个4cm的片段长度)中分辨率元素 的锥形波束的图片，而这两个角度分辨率元素的空间维度随着范围而增加。波束形成 的数据因此在两个维度上都具有如下分辨率，该分辨率随着被测量的物体更靠近阵列 探测器而增加。
图4A、图4B和图4C分别给出了针对单个片段以及针对阵列探测器的单个48 元素行中的各个元素所返回的实数部分、虚数部分、和计算得到的强度。
通过将图4A、图4B所示的实数部分和虚数部分进行平方并且将它们相加以给 出脉冲的强度，来计算图4C中所示的强度。通过将实数部分绘成向量的x分量并且 将虚数部分绘成向量的y分量，来给出在各个探测器处的声波的相位。利用10位数 据，通过测量该向量与x轴之间的角度，该向量提供了反射的声波的1024种可能的 不同相位中的一种相位。
图4D根据从1到457的片段号给出了在阵列的所有2034个元素内平均的声音 强度。在片段250附近的峰值是由于从砖壁反射的传出声音脉冲，该砖壁比海床的软 材料的反射能力高得多。
图5示出了本发明的一种优选方法的流程图。框22至25与图2所示的相同。框 50是判定步骤，在该步骤中，根据针对各个元件测量的声波的强度来划分信号流。 如果强度低于预定值，则在步骤51中将相位任意地设置为预定的3位长度数。如果 强度大于预定值，则在步骤52中将相位从10位减少到3最高有效位数。仅将各个通 道的3位长度相位数发送至波束形成器或进行存储。
在本发明的创新步骤中，针对48×48通道阵列中的各个通道，选取和使用任意 的单一强度。在本发明的替代优选方法中，使用与阵列分开的测量设备来测量反射的 声纳强度，并且该测量被传输至波束形成器并用于替代由48×48阵列中的各个元件 所测得的单独的强度。按照这种方式，发送至波束形成器的数据量被减半，并且仅来 自各个通道的相位信息被传输至波束形成器。
本发明人已经表明，可以大幅度地减少从原始数据部分发送至波束形成器的原始数据量，并且波束形成的数据仍然会包含重要的信息。
图6A示出了针对一个片段的48×48探测器中的各个探测器的相位的彩色图像60，图6B示出了相同片段的强度61，并且图6C示出了波束形成器使用所有的12 位实数数据、12位虚数数据计算得到的海床的表示62。
图7A和图7B示出了分别使用世界空间数据的MAX和FAT压缩，从12位波束 形成的数据计算得到的图像。图7C和图7D示出了仅使用了4象限相位数据的相同 图像，具有针对各个片段选取的任意强度。
波束形成器登记来自图8的图中的各个体素的可能的反射，图8是从左上角的探测器阵列描绘的并且向下延伸的ping脉冲体积的表示。然后将数据转化成正常的笛 卡尔坐标世界空间。
本发明的最优选实施例使用成本更低的比较器电路，而不是更昂贵的ADC电路，来同时记录原始数据和提供压缩的数据集进行存储或传输至顶端。
图9A示出了现有技术的模拟高增益放大器90和ADC电路91的电路图。图9B 示出了放大器92的电路图，该放大器92从输入信号减去dc值Vref并且返回表示原 始正弦模拟信号的1位方波。放大器92返回与最大输出挂钩的高低信号。图9C示 出了双比较器电路，该双比较器电路提供与图9B几乎相同的方波，如果输入具有非 常小的振幅，则其会更加稳定。
考虑声能穿透具有375KHz声波的体积的典型示例。我们使用主375KHz方波发 生器来生成375KHz正弦波，将该正弦波作为具有例如16个375KHz周期的脉冲持 续时间的脉冲从发射机发射。作为示例，我们每隔0.1秒便发出脉冲。我们具有2304 个水听器的阵列，这些水听器布置成48×48阵列。各个水听器接收来自在发射机前 方的被声能穿透的体积的375KHz正弦波反射声音。
我们想要通过使用不如现有技术的10或12位ADC电路那么昂贵的组件，来算 出接收到的375KHz正弦波信号相对于发射的信号的相位。在图9B和图9C中，我 们从375KHz主方波生成4×时钟信号，以产生1.5MHz的方波。通过2位计数器将 该1.5MHz信号馈入，得到在375KHZ下计数为0、1、2、3的2位(bit)数。
这些数可以表示发射信号的相位(0、90、180、270)度。
我们将水听器信号放大并滤波以产生模拟正弦波，其振幅绕着各个水听器的平均值V0(Vref)在V-与V+之间变化。我们设置略高于Vref的值Vref+以及略低于Vref 的值Vref-。如果信号大于Vref+，则视为具有值1，并且如果信号低于Vref-，则视为 具有值-1。如果信号在Vref-与Vref+之间，则视为具有值0。相较于最大和最小电压 V-和V+，Vref-和Vref+都非常小，所以很少会返回0。当这两个都返回0时，我们将 相位任意设置为45度。
通过使用图9D所示的两个比较器93和94来进行信号与Vref+和Vref-的比较。 如果信号大于Vref+，则比较器93输出1。如果信号小于Vref-，则比较器94输出1。 两个比较器不能同时输出1。如果两个比较器输出0，则信号被视为具有振幅0。下 面的结果表示出了来自图9C的双比较器的输出。
图9D的电路用于输出信号的相位，该相位被作为3位(bit)数B0、B1、B3返 回到各个水听器。图10示出了实数和虚数部分和相位角。
我们希望在接收到的375KHz声波的各个周期中对实数和虚数值进行采样。虚数值是90度，与实数值不同相。
图9D的寄存器组(R+、R-、I+和I-)会对它们的输入值进行采样，并保持在它 们的锁存/时钟输入的+ve沿跳转。所以，如果我们在0度对信号进行采样，则其是实 数部分(锁存实数)(R+和R-)。如果我们在90度对信号进行采样，则其是虚数部分 (锁存虚数)(I+和I-)。我们仅使用R+和I+的值即可确定信号的相位。如果值(R+、 R-、I+、I-)中的任何一个为1，则振幅为1。相反，如果(R+、R-、I+、I-)都为0， 则振幅仅为0。一旦我们得到所有三个位(R+、I+和振幅)，我们可以使用锁存相位 时钟锁存它们。因此，我们得到在375KHz下的不同相位值。注意，图10所示的返 回的3位数的所有16个可能的值都仅限为4个相位，仅在传输的信息的2个位中进 行了描述。值R+和I+限定出相位(2位，4值)。
2位输出的相位表
该2位4相位的数据然后被发送至波束形成器以计算反射的物体或海床的位置。
图11示出了本发明的最优选的电路，其中示出了图9B的电路，该电路产生仅1 位的数据以传输至波束形成器。在该电路中，仅传输方波信号的虚数部分的信息。相 对于发出的声纳信号，如果为正，则相位在0度与180度之间，并且如果为负，相位 在180度与360度之间。
对本发明的方法的创新添加是，对各个片段进行一次强度测量并且将该测量传输至波束形成器。由于只有很少的额外数据需要考虑，所以可以将强度测量作为16、 12、10或更少的位来发送。可以通过单独的水听器、或者通过测量由阵列中的少量 水听器返回的强度，来测量强度。单独的水听器的面积有利地是阵列19中的各个水 听器的面积的2和9倍。可替代地，2×2或3×3的水听器组可具有连接至加法电路 和ADC的附加信号线，以产生强度信号。
显然，鉴于上述启示，可能存在本发明的许多修改和变化。因此，应当理解，在 所附权利要求书的范围内，本发明可以以与具体描述的方式不同的方式来实践。

Claims (8)

1.一种方法，其包括如下步骤：
a)对流体体积进行声能穿透，其中，所述流体体积包含零个以上物体，并且其中，利用一个或一系列传出声纳ping脉冲来对所述流体体积进行声能穿透，各个传出声纳ping脉冲具有ping脉冲时间tP，其中，所述ping脉冲时间tP确定ping脉冲长度lP，其中，各个声纳ping脉冲具有ping脉冲频率fp，其中，所述ping脉冲频率fp能够在所述ping脉冲时间tP的持续期间变化；然后
b)针对所述一个或一系列ping脉冲中的各个ping脉冲接收从一个或多个物体反射的反射声纳信号，其中，所述反射声纳信号是由水听器大阵列来接收的，并且其中，所述水听器大阵列中的各个水听器产生电模拟信号，所述电模拟信号测量由所述水听器大阵列中的各个水听器接收到的声纳信号的随时间变化的压力；以及然后
c)转换所述电模拟信号，以提供所述电模拟信号的原始数据数字记录；
d)其中，所述反射声纳信号具有ping脉冲长度lP，其中，所述ping脉冲长度lP被分为多个ping脉冲片段，各个ping脉冲片段具有片段长度ls，其中，ls是由指定分辨率确定的，其中，所述原始数据数字记录包括接收到的声纳信号相对于一部分传出声纳ping脉冲的相位的相对相位θijS，其中，所述相对相位θijS是针对各个水听器i,j和各个ping脉冲片段记录的，针对各个ping脉冲片段和各个水听器用单个数字量表示所述相对相位θijS，并且其中，θijS是位长度小于4的数字量，然后；
i)将所述原始数据数字记录存储到计算机可读存储设备中，或者
ii)将所述原始数据数字记录发送到声纳图像波束形成器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述水听器大阵列被排列成具有m×n个元素的二维平面阵列，其中m和n都大于24。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤d)还包括如下步骤：
其中，所述原始数据数字记录对于各个ping脉冲片段包含由单个数字量表示的片段振幅。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述片段振幅的测量使用如下的水听器或水听器组，该水听器或水听器组的面积等于或大于构成所述水听器大阵列的单个水听器的面积。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述片段振幅的测量使用如下的水听器或水听器组，该水听器或水听器组的面积介于构成所述水听器大阵列的单个水听器的面积的两倍至九倍之间。
6.一种方法，其包括如下步骤：
a)对流体体积进行声能穿透，其中，所述流体体积包含零个以上的物体，并且其中，利用一个或一系列传出声纳ping脉冲来对所述流体体积进行声能穿透，各个传出声纳ping脉冲具有ping脉冲时间tP，其中，所述ping脉冲时间tP确定ping脉冲长度lP，其中，各个声纳ping脉冲具有ping脉冲频率fp，其中，所述ping脉冲频率fp能够在所述ping脉冲时间tP的持续期间变化；然后
b)针对所述一个或一系列ping脉冲中的各个ping脉冲接收从一个或多个物体反射的反射声纳信号，其中，所述反射声纳信号是由水听器大阵列来接收的，并且其中，所述水听器大阵列中的各个水听器产生电模拟信号，所述电模拟信号测量由所述水听器大阵列中的各个水听器接收到的声纳信号的随时间变化的压力；以及然后
c)转换所述电模拟信号，以提供所述电模拟信号的原始数据数字记录；
d)其中，所述反射声纳信号具有ping脉冲长度lP，其中，所述ping脉冲长度lP被分为多个ping脉冲片段，各个ping脉冲片段具有片段长度ls，其中，ls是由指定分辨率确定的，其中，所述原始数据数字记录包括接收到的声纳信号相对于一部分传出声纳ping脉冲的相位的相对相位θijS，并且其中，所述相对相位θijS是针对各个水听器i,j和各个ping脉冲片段记录的，针对各个ping脉冲片段和各个水听器用单个数字量表示所述相对相位θijS，并且其中，θijS是位长度小于3的数字量，然后
i)将所述原始数据数字记录存储到计算机可读存储设备中，或者
ii)将所述原始数据数字记录发送到声纳图像波束形成器。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，转换所述电模拟信号以提供所述电模拟信号的原始数据数字记录的步骤c)是利用比较器电路技术来进行的。
8.一种方法，其包括如下步骤：
a)对流体体积进行声能穿透，其中，所述流体体积包含零个以上的物体，其中，利用一个或一系列传出声纳ping脉冲来对所述流体体积进行声能穿透，各个传出声纳ping脉冲具有ping脉冲时间tP，其中，所述ping脉冲时间tP确定ping脉冲长度lP，其中，各个声纳ping脉冲具有ping脉冲频率fp，其中，所述ping脉冲频率fp能够在所述ping脉冲时间tP的持续期间变化；然后
b)针对所述一个或一系列ping脉冲中的各个ping脉冲接收从一个或多个物体反射的反射声纳信号，其中，所述反射声纳信号是由水听器大阵列来接收的，并且其中，所述水听器大阵列中的各个水听器产生电模拟信号，所述电模拟信号测量由所述水听器大阵列中的各个水听器接收到的声纳信号的随时间变化的压力；以及然后
c)转换所述电模拟信号，以提供所述电模拟信号的原始数据数字记录；
d)其中，所述反射声纳信号具有ping脉冲长度lP，其中，所述ping脉冲长度lP被分为多个ping脉冲片段，各个ping脉冲片段具有片段长度ls，其中，ls是由指定分辨率确定的，其中，所述原始数据数字记录包括接收到的声纳信号相对于一部分传出声纳ping脉冲的相位的相对相位θijS，其中，所述相对相位θijS是针对各个水听器i,j和各个ping脉冲片段记录的，针对各个ping脉冲片段和各个水听器用单个数字量表示所述相对相位θijS，并且其中，θijS是利用比较器技术测量的位长度小于4的数字量，然后；
i)将所述原始数据数字记录存储到计算机可读存储设备中，或者
ii)将所述原始数据数字记录发送到声纳图像波束形成器。
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