NO166150B - Fremgangsmaate og apparat til aa forbedre bilder levert av en sidesoekende sonar. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte og et apparat for forbedring av bilder som leveres av en sidesøkende sonar, og spesielt i forbindelse med en sonar som omfatter en digital innsamlingskjede.

Sidesøkende sonarer er som man vil huske, sonarer som har akustiske sender/mottager-anordninger festet til skroget på et skip, eller enda bedre til skroget på et strømlinjeformet. Leqe-me eller en "fisk" som taues neddykket av skipet, og hvis hoved-sender/mottager-akser er orientert i skråttstilte retninger i.

et tverrplan perpendikulært til skipets bane.

Anordningene omfatter vanligvis en rekke sendere innrettet i en retning parallell til skipets eller "fiskens" langsgående akse, slik at deres retningsmønstre har en smal åpningsvinkel på hver side av det vertikale tverrplan og en bredere åpningsvinkel i dette samme plan.

Sendertransduserne blir matet med jevne mellomrom og sender akustiske pulser i en skråliggende retning mot vannets bunn. Disse pulser bestråler havbunnen på én side eller på begge sider av skipet eller fisken over en smal stripe med langstrakt form perpendikulær til fartsretningen og blir spredt tilbake mot overflaten.

Mottageranordningen eller anordningene er på grunn av deres retningsmønster, anordnet for å motta fortrinnsvis de ekko som kommer fra de bestrålte striper.

De signaler som mottas av transduserne, ekko av de utsendte pulser, blir forsterket fortrinnsvis med en forsterkningskjede som øker med tiden for å korrigere for amplitudevariasjoner som skyldes forplantningsbanenes skråstilling, og de mottatte signaler blir så demodulert for å oppnå lavfrekvente signaler som er representative for omhyllingskurven til de mottatte signaler.

De demodulerte signaler blir registrert og skråstillings-korreksjoner som tar hensyn til vannhøyden under båten, blir foretatt på registreringene for å oppnå en lineær representa-sjon av havbunnen.

De bilder som er oppnådd av havbunnens overflate er vanligvis utilfredsstillende når det gjelder de soner som svarer til en liten skråstilling av de akustiske baner. Dette skyldes spesielt, som man vil se mer detaljert i beskrivelsen, det faktum at de transversale dimensjoner av de overflatepartier som reflekterer ekko mottatt i løpet av det samme tidsintervall, ar meget større ved begynnelsen av hver mottagelsesfase, dvs. for de retninger som ligger nær vertikalen, enn for de retninger som er mer skråstilt i forhold til denne, og følgelig den lave transversale oppløsningseffekt for nærsonene.

I sonarer som omfatter en digital innsamlingskjede, er dette tidsintervallet f.eks. den periode ved hvilken de demodulerte signaler blir samplet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen overvinner de ovennevnte ulemper.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vedrører forbedring av bilder oppnådd under påfølgende sende- og mottagelses-perioder omfattende utsendelse av akustiske pulser til siden og skrått mot den overflate sonaren beveger seg over, mottagelse av akustiske signaler som er reflektert av overflaten, sampling av disse og digitalisering av de frembragte sampler.

Den er karakterisert ved at den omfatter utvelgelse av sampler fra de akustiske signaler der de tidsintervaller som adskiller enhver av to valgte påfølgende sampler, øker i løpet av mottagelsestrinnet.

Samplingsperioden blir f.eks. bestemt som en funksjon av vannhøyden og forplantningstiden, slik at den rommessige for-deling av de elementer på overflaten av havbunnen som svarer til de valgte signalsampler, er homogen over hele den reflekterende overflate som gjenskapes av bildene.

De fordeler som tilveiebringes ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og trekkene ved anordningen for utførelse av fremgangsmåten, vil fremgå av den følgende beskrivelse av utførelsesformer som er gitt i form av ikke begrensende eksem-pler, under henvisning til de vedføyde teqninger, hvor: Figur 1 skjematisk viser en sidesøkende sonar og anordningen av dens sender- og mottager-stråler,

Figur 2 viser det geometriske forhold mellom tidene for

de påfølgende sampler og de overflate-elementer på havbunnen som svarer til de tatte sampler,

Figur 3 viser et blokkskjema over en mottagerkjede i en sidesøkende sonar, Figur 4 viser et blokkskjema over en første utførelsesform av anordningen for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Figur 5 viser et blokkskjema over en annen utførelsesform av anordningen, og Figur 6 viser et blokkskjema over en tredje utførelsesform av anordningen.

Bilder av havbunnen i det minste på én side av den bane som følges av et skip 1, (figur 1), blir oppnådd ved å neddykke et strømlinjeformet legeme 2 som har minst én retningssvinger 3 anordnet for å sende og motta ultralyd, og hvis akse er orientert i et transversalplan og på skrå i forhold til vertikalen.

Retningsmønsteret til denne svingeren omfatter en meget smal hovedlobe på hver side av transversalplanet, og som er ganske åpen i dette samme plan.

Vinkelverdiene ved åpningen av de hovedstråler som ut-sendes og mottas i det langsgående plan og i det transversale plan er f.eks. henholdsvis 1° til 5° og 30° til 60°, slik at den overflate av havbunnen som bestråles av hver utsendt akustisk puls, er en ganske smal transversal stripe I.

Akustiske pulser blir utsendt periodisk. De akustiske bølger blir reflektert av havbunnen og mottas av en svinger 3. De ekko som kommer fra retninger med lav skråstilling, ankommer først. Etter dem ankommer ekko som kommer fra retninger med økende skråstilling.

Som man vil se i det etterfølgende i forbindelse med beskrivelsen av anordningen for utførelse av fremgangsmåten, blir de signaler som tilsvarer de mottatte ekko, forsterket på pas-sende måte og registrert etter deteksjon av deres omhyllingskurver.

Registrering blir utført konvensjonelt ved å ta sampler av de detekterte omhyllingskurver, digitalisering av disse og lagring av de digitale ord som er tilveiebragt, i en lagringsanordning. Samplene blir tatt ved en konstant samplingsfrekvens f„.

n

Av figur 1 kan man se at de ekko som er mottatt under de samme tidsintervall u, er blitt reflektert av forskjellige overflatepartier i avhengighet av posisjonen av dette intervall i mottagelsesvinduet av varighet T.

Området A^, E^, C^, D av det overflateparti S, som svarer til retninger med lav skråstilling, er f.eks. større enn de om-råder A2, B2, C2< D2 av de overflatepartier S2 som svarer til meget skråstilte baner.

To overflatelinjer (, L'^), (L2, L'2) som svarer til to påfølgende sampler, er følgelig ulikt adskilt fra hverandre i avhengighet av deres posisjoner i den reflekterende overflate.

Sonarens oppløsningseffekt varierer følgelig i betydelige proporsjoner. Den er forholdsvis lav for de nærmeste reflekterende overflatesoner.

Med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan, ved å variere samplingsperioden X ( X= 1/fH^> intervallene mellom de grunn-linjer som svarer til de valgte sampler, opprettholdes hovedsakelig likt uansett tidspunktet for sampling i mottagelsesvinduet T og uansett vannhøyde H.

Den siderettede eller laterale distanse y for et punkt på den reflekterende overflate i forhold til vertikalen, avhenger (figur 2) på vannhøyden H, på forplantningstiden og på for-plantningshastigheten v for de akustiske bølger i et forhold av typen:

Med forplantningstiden lik et antall k samplingsintervaller og med den laterale avstand y lik det samme antall k mellomrom med verdi d, kan forholdet (1) uttrykkes ytterligere i formen:

En enkel beregning viser at for å oppnå konstante mellomrom d, må samplingsperioden variere som en funksjon av ordens-tallet k for de tatte sampler, i overensstemmelse med forholdet:

Fremgangsmåten kan utføres i praksis ved å variere sa:np-lings-tidsintervallet som en funksjon av tiden, slik at det: nøyaktig følger forhold (3). Fremgangsmåten kan også settes ut i praksis ved å regulere tidsintervallet i trinn slik at det tilnærmet følger forhold (3), idet reguleringstrinnet avhenger av den nøyaktighet som er nødvendig for å gjenskape biJdene.

Anordningen for utførelse av fremganusmåten er tilordnet en mottagerkjede for sonarsignaler som omfatter (figur 3) en forsterker 4 hvis forsterkning øker fra begynnelsen av mottagelsesvinduet for ekkoene, slik at det tas hensyn til demp-ningen av de akustiske bølger som en funksjon av forplantningstiden. Forsterkeren 4 er koblet til inngangen på et båndpass-filter 5 sentrert på den fremherskende frekvens i de mottatte signaler.

Utgangen fra filteret 5 er koblet til en demodulerings-enhet 6 anordnet for å levere signaler som er representative for omhyllingskurven til de mottatte ekko.

Et samplingsorgan 7 er koblet til utgangen fra demodu-lerings-enheten 6. De signalsampler som frembringes, blir så digitalisert i en analog/digital-omformer 8 og så overført til et lagringsorgan 9.

Driften av samplingsorganene 7 er tidsinnstilt ved hjelp av et klokkesignal som leveres av en synkroniserings-enhet 10.

I en første utførelsesform (figur 4), blir klokkesignalet generert av en oscillator 11 av VCO-typen, styrt av den spenning som leveres av en prosessor 12. En ekstra sonisk dybde-indikator (ikke vist) leverer verdiene av vannhøyden H til prosessoren 12, som bestemmer den spenning som skal leveres til oscillatoren 11 for å oppnå hovedsakelig konstante mellomrom d.

I en annen utførelsesform (Figur 5), omfatter synkroniserings-enheten 10 en klokke 13 som frembringer et referanse-signal hvis frekvens f er et høyt multippel av den midlere samplingsfrekvens f^. Klokkesignalet blir tilført delekretser 14 hvis delingsfaktor kan anta en rekke forskjellige verdier. Utvelgelse av den riktige verdi blir bestemt ved hjelp av en prosessor 15 som en funksjon av forplantningstiden og vann-høyden H.

I en tredje utførelsesform (figur 6) omfatter synkroni-ser ings-enheten en oscillator 10 som tilveiebringer et refe-ransesignal hvis frekvens f er meget større enn den samplingsfrekvens som er nødvendig for å oppnå registreringer med en tilfredsstillende oppløsningsgrad. Klokkesignalet f blir til-ført direkte til en sample- og holde-enhet 16. Samplene som er tatt ved en frekvens f, blir alle digitalisert ved hjelp av en analog/digital-omformer 17 og lagret i en lagringsanordning slik som et direktelager 18 (RAM).

Synkroniserings-enheten omfatter også en programmerbar prosessor 19 som er koblet til direktelageret 18. Utvelgelsen blant de lagrede sampler, av de som vil tjene til å danne bildene, blir utført ved hjelp av en prosessor 19 som en funksjon av forplantningstiden og vannhøyden H. Tidsintervallene mellom de valgte sampler vil være multipler av referansesignalets periode .

I en variant av konstruksjonen velger prosessoren 19 den sammenstilling av sampler som skal tjene til å danne bildet, direkte ved utgangen av sample- og holde-enheten 16 og styrer tilførselen av disse til analog/digital-omformeren 17.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for forbedring av bilder levert av en side-søkende sonar, idet disse bilder blir oppnådd under påfølgende sender- og mottagelses-perioder omfattende utsendelse av akustiske pulser lateralt og i en skråttstilt retning mot den overflate sonaren beveger seg over, mottagelse av de akustiske signaler som reflekteres av overflaten, sampling av disse og digitalisering av de frembragte sampler, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter utvelgelse av sampler fra de akustiske signaler slik at det tidsintervall som adskiller enhver av to valgte, påfølgende sampler, øker i løpet av mottagelsestrinnet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at samplingsperioden blir bestemt som en funksjon av vannhøyden og forplantningstiden, slik at den rommessige for-deling av de overflate-elementer som svarer til de valgte signalsampler, er homogen over hele den overflate som reflekterer de akustiske signaler, som gjenskapes ved hjelp av bildene.

3. Apparat til å forbedre bilder levert av en sidesøkende sonar som omfatter en akustisk puls-senderanordning, en anordning (4, 5, 6) for mottagelse av de akustiske signaler som reflekteres av den overflate sonaren passerer over, en samplings-anordning (7), en anordning (8) for digitalisering av de frembragte sampler, samt en lagringsanordning, karakterisert ved at apparatet videre omfatter en synkroniserings-enhet for generering av et klokkesignal anordnet for å drive samplingsanordningen og for utvelgelse av i det minste en del av de sampler som er tatt av samplingsanordningen, idet de ut-valgte sampler er adskilt med økende tidsmellomrom.

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at synkroniserings-enheten omfatter organer for generering av et klokkesignal (fH) hvis frekvens avtar med tiden, idet alle signalsampler fra samplingsanordningen blir digitalisert og lagret.

5. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at synkroniserings-enheten omfatter en oscillator (11) med variabel frekvens hvis oscillasjonsfrekvens avhenger av en styrespenning, og en anordning (12) for generering av en styrespenning anordnet for å få oscillatorens (11) oscillasjonsfrekvens til å avta som en funksjon av tiden og som en funksjon av vannhøyden under sonaren.

6. Apparat ifølge krav 4, karakterisert ved at synkroniserings-enheten omfatter en oscillator (13) med fast frekvens, et deleorgan (14) anordnet for å generere flere signaler hvis frekvenser er submultipler av oscillatorens (13) signalfrekvens, og et organ (15) for suksessiv utvelgelse fra de signaler som genereres av deleorganet, hvis frekvens avtar i trinn i løpet av mottagelsestrinnet.

7. Apparat ifølge krav 3, hvor synkroniserings-enheten omfatter en sample- og holde-enhet (16) som tar sampler av signal-ene ved en frekvens påtrykket av et klokkesignal, karakterisert ved at synkroniserings-enheten omfatter en oscillator (10) anordnet for å generere et klokkesignal med fast frekvens, og en anordning (19) for å ta fra alle de signalsampler som leveres av sample- og holde-enheten (16) i løpet av hvert mottagelsestrinn, en sammenstilling av sampler adskilt med økende tidsmellomrom hvis verdier er bestemt som en funksjon av forplantningstiden og av vannhøyden under sonaren.