CN115825968A - 一种侧扫图像生成方法、系统和侧扫声呐装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及海洋探测技术领域，具体涉及一种侧扫图像生成方法、系统和侧扫声呐装置，本发明利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号，并分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号，并将长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号，然后进行数据合成并进行色彩量化，以生成侧扫图像，本发明的技术方案中，对长阵部件和短阵部件采集到的回波信号分别进行预处理后、加权，然后进行数据融合，保证了长阵回波信号/短阵回波信号在远场/近场距离上的高分辨率，使得生成的侧扫图像在远场距离和近场距离的分辨率都大大提高。

Description

一种侧扫图像生成方法、系统和侧扫声呐装置

技术领域

本发明涉及海洋探测技术领域，具体涉及一种侧扫图像生成方法、系统和侧扫声呐装置。

背景技术

侧扫声呐是利用回声测深原理探测海底地貌和水下物体的设备，又称旁侧声呐或海底地貌仪。

侧扫声呐装置一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成。基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。电子机柜一般有发射、接收、显示和控制等分系统。辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声呐基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装置，以及声呐导流罩等。换能器是声呐中的重要器件，它是声能与其它形式的能，如：机械能、电能、磁能等相互转换的装置。它有两个用途：一是在水下发射声波，称为“发射换能器”，相当于空气中的扬声器；二是在水下接收声波，称为“接收换能器”，相当于空气中的传声器（俗称“听筒”）。

换能器在实际使用时往往同时用于发射和接收声波，常规换能器由一条发射阵和一条接收阵构成，或者采用收发合置的方式由单条基阵构成。目前，在实际应用中，接收阵的长度越长，对于远场距离目标物的分辨力就越高，但是随着接收阵长度变长，在近场距离会产生近场效应，导致近场距离的分辨力急剧下降。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种侧扫图像生成方法、系统和侧扫声呐装置，以解决现有技术中接收阵的长度越长，对于远场距离目标物的分辨力就越高，但是随着接收阵长度变长，在近场距离会产生近场效应，导致近场距离的分辨力急剧下降的问题。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种侧扫图像生成方法，包括：

利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号；

对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号；

将所述长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将所述短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号；

对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像。

其中，所述将所述长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将所述短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号，包括：

计算所述长阵回波信号在距离上的波束角，得到长阵波束角；

计算所述短阵回波信号在距离上的波束角，得到短阵波束角；

比较所述长阵波束角和短阵波束角的大小；

若所述长阵波束角小于短阵波束角，则将长阵回波信号乘以对应的权系数1，得到加权后的长阵回波信号；

短阵回波信号乘以对应的权系数0，得到加权后的短阵回波信号；

若所述短阵波束角小于长阵波束角，则将短阵回波信号乘以对应的权系数1，得到加权后的短阵回波信号；

长阵回波信号乘以对应的权系数0，得到加权后的长阵回波信号；

或者，

根据长阵波束角和短阵波束角的大小，将所述长阵回波信号乘以长阵对应的第一过渡权系数，得到加权后的长阵回波信号；

将所述短阵回波信号乘以短阵对应的第二过渡权系数，得到加权后的短阵回波信号。

优选地，所述对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像，具体为：

对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号在信号交界处进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像；其中，所述信号交界处为长阵波束角和短阵波束角的大小发生转变的位置。

优选地，所述波束角的计算，具体为：

将长度为L的长阵部件或短阵部件等分成N份；

在等分的N份中设置N个接收点；其中，每一份中有一个接收点；

在离中心点距离为R，角度偏转为θ处设置点源目标，并模拟发射脉冲信号；其中，所述中心点是长度为L的长阵部件或短阵部件的中间点；

根据所述点源目标到所述接收点距离的不同，设置不同的延时；

在接收端将N个接收点的接收到的脉冲信号进行累加求包络，并输出最大值；

对同一距离等间隔分布θ角度的幅度数据，进行波束角计算，得到中心点R距离的波束角。

优选地，所述第一过渡权系数与第二过渡权系数之和为1。

优选地，所述对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号，包括：

将第一回波信号输入至接收调理电路B、第二回波信号输入至接收调理电路A分别进行放大和滤波，得到增强的长阵模拟电信号和增强的短阵模拟电信号；

将增强的长阵模拟电信号输入至模拟数字转换电路B、增强的短阵模拟电信号输入至模拟数字转换电路A，得到长阵数字信号和短阵数字信号；

将所述长阵数字信号输入至包络模块B、短阵数字信号输入至包络模块A，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种侧扫声呐装置，包括：

依次连接的短阵部件、接收调理电路A、模拟数字转换电路A、取包络模块A和A路加权模块，用于将短阵部件采集到的回波信号进行处理，得到加权后的短阵回波信号；

依次连接的长阵部件、接收调理电路B、模拟数字转换电路B、取包络模块B、B路加权模块，用于将长阵部件采集到的回波信号进行处理，得到加权后的长阵回波信号；

数据合成模块，所述A路加权模块和所述B路加权模块分别与数据合成模块连接，所述数据合成模块用于将加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像。

优选地，还包括：

依次连接的采样时间生成模块、时间转距离模块和权系数生成模块，且所述权系数生成模块与A路加权模块和所述B路加权模块连接；

其中，所述采样时间生成模块，用于在采样开始后进行计时，得到采样时间；

所述时间转距离模块，用于将所述采样时间转换为采样距离；

所述权系数生成模块，用于根据所述采样距离生成对应的权系数；其中，所述权系数为0或1。

优选地，所述采样时间具体为：

；

其中，t表示采样时间；D表示采样距离；c表示光速。

根据本发明实施例的第三方面，提供一种侧扫图像生成系统，包括：

采集模块，用于利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号；

预处理模块，用于对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号；

加权模块，用于将所述长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将所述短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号；

数据合成模块，用于对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明的侧扫图像生成方法，利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号，对第一回波信号和第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号，将长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号，并对加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像，本发明的技术方案中，对长阵部件和短阵部件采集到的回波信号分别进行预处理后乘以对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号和短阵回波信号，并将两者进行数据融合，既保证了长阵回波信号在远场距离上的高分辨率，也保证了短阵回波信号在近场距离上的高分辨率，使得生成的侧扫图像在远场距离和近场距离的分辨率都大大提高。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是根据一示例性实施例示出的一种侧扫图像生成方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种侧扫声呐装置功能模块图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种加权模块生成模块图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种侧扫图像生成系统的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例一

请参阅图1，图1是根据一示例性实施例示出的一种侧扫图像生成方法的流程图，如图1所示，该侧扫图像生成方法包括：

步骤S1、利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号；

步骤S2、对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号；

步骤S3、将所述长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将所述短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号；

步骤S4、对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像。

需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于需要对近场距离和远场距离中对海底地貌、海洋信息进行探测的应用场景中。

需要说明的是，长阵部件和短阵部件是相对而言的，长阵部件的长度是大于短阵部件的长度的，长阵部件和短阵部件都是侧扫声呐装置换能器中的基阵，在实际应用中，可以根据不同频率，不同波长，不同波束角来综合考虑长阵部件和短阵部件的具体长度，例如：在频率为900k的条件下，长阵部件长度为400mm，短阵部件长度为200mm长。

需要说明的是，近场距离和远场距离也是相对而言的，在具体实践中，划分方式为：设

为探测目标离发射阵中心的距离，

为长阵部件或短阵部件（基阵）的孔径大小（在侧扫装置领域中，所说的孔径表示的是基阵的长度，本发明中的孔径即为：长阵部件或短阵部件的长度，例如：长阵部件的孔径为400mm，短阵部件的孔径为200mm），

为回波信号的波长，其计算公式为：

范围为远场距离，其余的均为近场距离。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号，对第一回波信号和第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号，将长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号，将短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号，并对加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像，本实施例的技术方案中，对长阵部件和短阵部件采集到的回波信号分别进行预处理后乘以对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号和短阵回波信号，并将两者进行数据融合，既保证了长阵回波信号在远场距离上的高分辨率，也保证了短阵回波信号在近场距离上的高分辨率，使得生成的侧扫图像在远场距离和近场距离的分辨率都大大提高。

需要说明的是，本实施例的方案虽然用一条长阵部件和一条短阵部件两条基阵构成，但是随着距离变化而导致近场波束角变化和优化的其他基阵的方案均在本申请的保护范围内，例如：多条基阵且所述基阵为由多条长阵部件和多条短阵部件组成。

在具体实践中，步骤S3方法的实现方法有多种，其中之一为：

1、计算所述长阵回波信号在距离上的波束角，得到长阵波束角；

计算所述短阵回波信号在距离上的波束角，得到短阵波束角；

比较所述长阵波束角和短阵波束角的大小；

1）若所述长阵波束角小于短阵波束角，则将长阵回波信号乘以对应的权系数1，得到加权后的长阵回波信号；

短阵回波信号乘以对应的权系数0，得到加权后的短阵回波信号；

若所述短阵波束角小于长阵波束角，则将短阵回波信号乘以对应的权系数1，得到加权后的短阵回波信号；

长阵回波信号乘以对应的权系数0，得到加权后的长阵回波信号；

或者，

2）根据长阵波束角和短阵波束角的大小，将所述长阵回波信号乘以长阵对应的第一过渡权系数，得到加权后的长阵回波信号；

将所述短阵回波信号乘以短阵对应的第二过渡权系数，得到加权后的短阵回波信号。

2、所述对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像，具体为：

对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号在信号交界处进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像；其中，所述信号交界处为长阵波束角和短阵波束角的大小发生转变的位置。

需要说明的是，波束角是指以传感器中轴线的延长线为轴线，由此向外，至能量强度减少一半(-3dB)处，这个角度被称为波束角。波束平面垂直于航行方向，沿航线方向束宽很窄，波束角一般小于2°，以保证有较高分辨率；垂直于航线方向的束宽较宽，波束角一般指覆盖范围比较大，大于10度。

在实际应用中，波束角小，对于目标的分辨率高。波束角大，对于目标分辨率低。因此，选择波束角的小的长阵回波信号或短阵回波信号乘以1，波束角大的长阵回波信号或短阵回波信号乘以0，并将得到的加权后的长阵回波信号和短阵回波信号进行数据合成，然后进行色彩量化，得到侧扫图像。

需要说明的是，信号交界处为长阵波束角和短阵波束角的大小发生转变的位置，例如：在100米（也可以作为远场距离和近场距离的分界）之外长阵波束角小于短阵波束角，在100米之内长阵波束角大于短阵波束角，则信号交界处为100米，在100米之外选择长阵回波信号乘以1，短阵回波信号乘以0（剔除），在100米之内选择短阵回波信号乘以1，长阵回波信号乘以0（剔除），并对数据进行合成，得到侧扫图像。

其中，所述波束角的计算，具体为：

将长度为L的长阵部件或短阵部件等分成N份；

在等分的N份中设置N个接收点；其中，每一份中有一个接收点；

在离中心点距离为R，角度偏转为θ处设置点源目标，并模拟发射脉冲信号；其中，所述中心点是长度为L的长阵部件或短阵部件的中间点；

根据所述点源目标到所述接收点距离的不同，设置不同的延时；

在接收端将N个接收点的接收到的脉冲信号进行累加求包络，并输出最大值；

对同一距离等间隔分布θ角度的幅度数据，进行波束角计算，得到中心点R距离的波束角。

具体地，将长度L=400mm的长阵部件等分成8分；在等分的8份中设置8个接收点；在离中心点200mm距离为R=500mm，角度偏转为θ=0.1°设置点源目标，并模拟发射脉冲信号；根据所述点源目标到所述接收点距离的不同，设置不同的延时；在接收端将8个接收点的接收到的回波信号进行累加求包络，并输出最大值；以最大值为参考，并以最大值为中心点向两侧搜索，得到最大值的-3dB点的位置，记录两边的角度位置，两个角度做差，得到波束角。对同一距离等间隔分布θ=0.1°角度的幅度数据，进行波束角计算，得到中心点R=200mm距离的波束角。

在具体实践中，步骤S3方法的实现方法有多种，其中之一为：

1、计算所述长阵回波信号在距离上的波束角，得到长阵波束角；

计算所述短阵回波信号在距离上的波束角，得到短阵波束角；

比较所述长阵波束角和短阵波束角的大小；

1）根据长阵波束角和短阵波束角的大小，将所述长阵回波信号乘以长阵对应的第一过渡权系数，得到加权后的长阵回波信号；

2）将所述短阵回波信号乘以短阵对应的第二过渡权系数，得到加权后的短阵回波信号。

在具体实践中，所述第一过渡权系数与第二过渡权系数之和为1。

需要说明的是，在对在加权后的长阵回波信号和短阵回波信号进行数据合成时，长阵部件和短阵部件的基阵接收到的回波信号，由于生产工艺的原因，不可能完全一致，因此直接合成会把生产工艺导致回波信号的不一致的问题暴露出来，使用户产生该位置有额外目标的错觉，同时会导致在侧扫图像上有明显的分界线，导致最终的误判，因此设置了第一过渡权系数和第二过渡权系数，以避免分界线过于明显。且第一过渡权系数和第二过渡权系数为0-1的线性分布。

在一些实施例中，设短阵回波信号为X1（t），长阵回波信号为X2（t），短阵的第二过渡权系数为W1（t），长阵的第二过渡权系数为W2（t），则合成后的数据为：Y（t）=X1（t）×W1（t）+ X2（t）×W2（t），例如：以长阵波束角和短阵波束角大小发生转化时的位置100米，前后设置5米的过渡区，在10米范围内，第一过渡权系数和第二过渡权系数为0-1的线性分布。

在一些实施例中，第一过渡权系数与第二过渡权系数之和为1，例如：W1（t）+W2（t）=1。

在一些实施例中，第一过渡权系数和第二过渡权系数还可以为其他平滑过渡的分布，例如：曲线分布。在本实施例不做任何限定。对于加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号在进行数据合成，并对合成后的数据进行色彩量化时，得到更加平滑、质量更好的侧扫图像。

在具体实践中，所述对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号，包括：

将第一回波信号输入至接收调理电路B、第二回波信号输入至接收调理电路A分别进行放大和滤波，得到增强的长阵模拟电信号和增强的短阵模拟电信号；

将增强的长阵模拟电信号输入至模拟数字转换电路B、增强的短阵模拟电信号输入至模拟数字转换电路A，得到长阵数字信号和短阵数字信号；

将所述长阵数字信号输入至包络模块B、短阵数字信号输入至包络模块A，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号。

将第一回波信号和第二回波信号分别输入至接收调理电路进行放大和滤波，得到增强的长阵模拟电信号和增强的短阵模拟电信号；

将增强的长阵模拟电信号和增强的短阵模拟电信号分别输入至模拟数字转换电路，得到长阵数字信号和短阵数字信号；

将所述长阵数字信号和短阵数字信号分别输入至包络模块，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号。

需要说明的是，本实施例的方案虽然用一条长阵部件和一条短阵部件两条基阵构成，但是随着距离变化而导致近场波束角变化和优化的其他基阵的方案均在本申请的保护范围内，例如：多条基阵且所述基阵为由多条长阵部件和多条短阵部件组成。

实施例二

请参阅图2，图2是根据一示例性实施例示出的一种侧扫声呐装置功能模块图，如图2所示，该装置包括：

依次连接的短阵部件、接收调理电路A、模拟数字转换电路A、取包络模块A和A路加权模块，用于将短阵部件采集到的回波信号进行处理，得到加权后的短阵回波信号；

依次连接的长阵部件、接收调理电路B、模拟数字转换电路B、取包络模块B、B路加权模块，用于将长阵部件采集到的回波信号进行处理，得到加权后的长阵回波信号；

数据合成模块，所述A路加权模块和所述B路加权模块分别与数据合成模块连接，所述数据合成模块用于将加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像。

需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于需要对近场距离和远场距离中对海底地貌、海洋信息进行探测的应用场景中。

需要说明的是，长阵部件和短阵部件是相对而言的，长阵部件的长度是大于短阵部件的长度的，长阵部件和短阵部件都是侧扫声呐装置换能器中的基阵，在实际应用中，可以根据不同频率，不同波长，不同波束角来综合考虑长阵部件和短阵部件的具体长度，例如：在频率为900k的条件下，长阵部件长度为400mm，短阵部件长度为200mm长。

需要说明的是，近场距离和远场距离也是相对而言的，在具体实践中，划分方式为：设

为探测目标离发射阵中心的距离，

为长阵部件或短阵部件（基阵）的孔径大小（在侧扫装置领域中，所说的孔径表示的是基阵的长度，本发明中的孔径即为：长阵部件或短阵部件的长度，例如：长阵部件的孔径为400mm，短阵部件的孔径为200mm），

为回波信号的波长，其计算公式为：

范围为远场距离，其余的均为近场距离。

需要说明的是，接收调理电路为实际的电路，现有技术中经常用到，具体为前放加滤波器；模拟数字转换电路通过AC108芯片实现；包络模块通过FPGA内部编程实现。

可以理解的是，本实施例的技术方案中，对长阵部件和短阵部件采集到的回波信号分别通过接收调理电路、模拟数字转换电路、取包络模块和加权模块，用于将采集到的回波信号进行处理，得到加权后的回波信号，并将两者的数据进行数据融合，既保证了长阵回波信号在远场距离上的高分辨率，也保证了短阵回波信号在近场距离上的高分辨率，使得侧扫声呐装置在远场距离和近场距离生成的图像的分辨率都大大提高。

需要说明的是，接收调理电路主要是将回波信号的微弱信号进行放大和滤波，变成可采集的强信号；模拟数字转换电路主要是将接收调理电路中的可采集的强信号转化为数字信号，其中模拟电信号转化为数字信号的方法，为现有技术，本实施例中不在赘述；取包络模块，主要是将数字信号取幅度包络，得到包络后的数字信号；加权模块主要是将包络后的数字信号和对应的权系数相乘，得到加权后的回波信号；数据合成模块主要是将加权模块的回波信号结果进行累加，并进行色彩量化得到侧扫图像，并显示在侧扫声呐装置的屏幕上（图中未示出），供用户观察。

请参阅图3，图3是根据一示例性实施例示出的一种加权模块生成模块图，在一些实施例中，还包括：

依次连接的采样时间生成模块、时间转距离模块和权系数生成模块，且所述权系数生成模块与A路加权模块和所述B路加权模块连接；

其中，所述采样时间生成模块，用于在采样开始后进行计时，得到采样时间；

所述时间转距离模块，用于将所述采样时间转换为采样距离；

所述权系数生成模块，用于根据所述采样距离生成对应的权系数；其中，所述权系数为0或1。

在一些实施例中，所述采样时间为：

；

其中，t表示采样时间；D表示采样距离；c表示光速。

需要说明的是，采样时间生成模块，当接收到回波信号时，清零时间计数器，正常执行时间自动相加，得到采样相对时间参数。该模块的作用是产生时间，并在某一时刻进行切换。这里的某一时刻，即为长阵波束角和短阵波束角的大小发生转变的时刻，以使近场距离和远场距离的分辨率都高。

实施例三

请参阅图4，图4是根据一示例性实施例示出的一种侧扫图像生成系统的结构示意图，如图4所示，该侧扫图像生成系统400包括：

采集模块401，用于利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号；

预处理模块402，用于对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号；

加权模块403，用于将所述长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将所述短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号；

数据合成模块404，用于对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像。

需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于需要对近场距离和远场距离中对海底地貌、海洋信息进行探测的应用场景中。

可以理解的是，本实施例提供的技术方案，采集模块401，用于利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号，预处理模块402，用于对第一回波信号和第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号，加权模块403，用于将长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号，将短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号，数据合成模块404，用于对加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像，本实施例的技术方案中，对长阵部件和短阵部件采集到的回波信号分别进行预处理后乘以对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号和短阵回波信号，并将两者进行数据融合，既保证了长阵回波信号在远场距离上的高分辨率，也保证了短阵回波信号在近场距离上的高分辨率，使得生成的侧扫图像在远场距离和近场距离的分辨率都大大提高。

需要说明的是，本实施例的方案虽然用一条长阵部件和一条短阵部件两条基阵构成，但是随着距离变化而导致近场波束角变化和优化的其他基阵的方案均在本申请的保护范围内，例如：多条基阵且所述基阵为由多条长阵部件和多条短阵部件组成。

本实施例公开的计算机可读存储介质包括但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子（非穷举的列表）包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦式可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器（CD-ROM）、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

需要说明的是，由于本实施例各模块的实现方式和有益效果可参见实施例一中的相关介绍，本实施例不再赘述。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种侧扫图像生成方法，其特征在于，包括：

利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号；

对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号；

将所述长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将所述短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号；

对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像；

其中，所述将所述长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将所述短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号，包括：

计算所述长阵回波信号在距离上的波束角，得到长阵波束角；

计算所述短阵回波信号在距离上的波束角，得到短阵波束角；

比较所述长阵波束角和短阵波束角的大小；

若所述长阵波束角小于短阵波束角，则将长阵回波信号乘以对应的权系数1，得到加权后的长阵回波信号；

短阵回波信号乘以对应的权系数0，得到加权后的短阵回波信号；

若所述短阵波束角小于长阵波束角，则将短阵回波信号乘以对应的权系数1，得到加权后的短阵回波信号；

长阵回波信号乘以对应的权系数0，得到加权后的长阵回波信号；

或者，

根据长阵波束角和短阵波束角的大小，将所述长阵回波信号乘以长阵对应的第一过渡权系数，得到加权后的长阵回波信号；

将所述短阵回波信号乘以短阵对应的第二过渡权系数，得到加权后的短阵回波信号。

2.根据权利要求1所述的侧扫图像生成方法，其特征在于，所述对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像，具体为：

对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号在信号交界处进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像；其中，所述信号交界处为长阵波束角和短阵波束角的大小发生转变的位置。

3.根据权利要求2所述的侧扫图像生成方法，其特征在于，所述波束角的计算，具体为：

将长度为L的长阵部件或短阵部件等分成N份；

在等分的N份中设置N个接收点；其中，每一份中有一个接收点；

在离中心点距离为R，角度偏转为θ处设置点源目标，并模拟发射脉冲信号；其中，所述中心点是长度为L的长阵部件或短阵部件的中间点；

根据所述点源目标到所述接收点距离的不同，设置不同的延时；

在接收端将N个接收点的接收到的脉冲信号进行累加求包络，并输出最大值；

对同一距离等间隔分布θ角度的幅度数据，进行波束角计算，得到中心点R距离的波束角。

4.根据权利要求1所述的侧扫图像生成方法，其特征在于，所述第一过渡权系数与第二过渡权系数之和为1。

5.根据权利要求1所述的侧扫图像生成方法，其特征在于，所述对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号，包括：

将第一回波信号输入至接收调理电路B、第二回波信号输入至接收调理电路A分别进行放大和滤波，得到增强的长阵模拟电信号和增强的短阵模拟电信号；

将增强的长阵模拟电信号输入至模拟数字转换电路B、增强的短阵模拟电信号输入至模拟数字转换电路A，得到长阵数字信号和短阵数字信号；

将所述长阵数字信号输入至包络模块B、短阵数字信号输入至包络模块A，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号。

6.一种侧扫声呐装置，其特征在于，所述装置用于实现权利要求1-5任意一项所述的方法，包括：

依次连接的短阵部件、接收调理电路A、模拟数字转换电路A、取包络模块A和A路加权模块，用于将短阵部件采集到的回波信号进行处理，得到加权后的短阵回波信号；

依次连接的长阵部件、接收调理电路B、模拟数字转换电路B、取包络模块B、B路加权模块，用于将长阵部件采集到的回波信号进行处理，得到加权后的长阵回波信号；

数据合成模块，所述A路加权模块和所述B路加权模块分别与数据合成模块连接，所述数据合成模块用于将加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像。

7.根据权利要求6所述的侧扫声呐装置，其特征在于，还包括：

依次连接的采样时间生成模块、时间转距离模块和权系数生成模块，且所述权系数生成模块与A路加权模块和所述B路加权模块连接；

其中，所述采样时间生成模块，用于在采样开始后进行计时，得到采样时间；

所述时间转距离模块，用于将所述采样时间转换为采样距离；

所述权系数生成模块，用于根据所述采样距离生成对应的权系数；其中，所述权系数为0或1。

8.根据权利要求7所述的侧扫声呐装置，其特征在于，所述采样时间具体为：

；

其中，t表示采样时间；D表示采样距离；c表示光速。

9.一种侧扫图像生成系统，其特征在于，包括：

采集模块，用于利用长阵部件采集第一回波信号、利用短阵部件采集第二回波信号；

预处理模块，用于对所述第一回波信号和所述第二回波信号分别进行预处理，得到预处理后的长阵回波信号和短阵回波信号；

加权模块，用于将所述长阵回波信号乘以长阵对应的权系数，得到加权后的长阵回波信号；将所述短阵回波信号乘以短阵对应的权系数，得到加权后的短阵回波信号；

数据合成模块，用于对所述加权后的长阵回波信号和加权后的短阵回波信号进行数据合成，并对数据合成得到的数据进行色彩量化，以生成侧扫图像。

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