NO810960L - Akustisk bildesystem. - Google Patents

Description

Systemet ifølge oppfinnelsen er et akustisk bildesystem som muliggjør oppnåelse av bilder i to dimensjoner. Særlig kan et slikt system anvendes for å fremvise undervannsgjenstander.

Akustisk bildedannelse finner store anvendelser innenfor om-rådene av medisin, ikke-destruktive testing og også det under-vannsakustiske området. Generelt utsender disse bildesystemér akustisk energi i form av ultralydbølger som fyller.det om-givende rom. Denne energi returneres ved refleksjon til mot-tagermidlene som, etter forskjellige behandlinger, gir et bilde som er tilsvarende i utseende med et optisk bilde.

Det er kjent at, som mottagermidler, kan en antenne dannet av transducere som avgir elektriske signaler anvendes, idet disse signaler behandles til å oppnå et signal som representerer den akustiske energien som kommer fra en retning, idet dette signalet så detekteres før det sendes til en fremviseranordning.

Det er også kjent at signalene som kommer fra transducerne adskilt periodisk i en lineær antenne kan behandles ved å ut-føre Fourier-transformasjonen av et signal dannet av alle signalene i rekkefølge fra transducerne tatt i et meget lite tidsintervall sammenlignet med den resiproke verdi for apparat-ets passbånd. Imidlertid er denne behandlingsmåte kun mulig hvis frekvensbåndet for signalet som utsendes er lite sammen-liknet med bærebølgen med høy frekvens.

Endelig er det kjent at Fourier-transformasjonen for et analogt signal kan frembringes ved hjelp at filteret som er spredende for elastiske bølger, idet en slik anordning er kjent som en "kvitre-omformer" ..

Det foreslåtte bildesystem inneholder i særdeleshet en flat mottagerantenne som består av periodisk adskilt transducere i hvilke behandlingen av signalene som kommer fra transducerne foretas ved å utføre Fourier-transformasjonen ved hjelp av filtere som er spredende for elastisk overflate eller volum-bølger.

I alle bildesystemer bestemmes romoppløsningen, d.v.s. distansen for hvilken to punkter i bildeplanet er adskildbare, av dimensjonen av mottagerantennen kop<p>elet i bølgelengder.

En teknikk som ofte anvendes innenfor radarområdet, består i

å syntetisere en større antennedimensjon ved å anvende be-vegelsen av sender- og mottagerantennen med hensyn til gjen-standen.

En annen teknikk, beskrevet i US-patent 4 119 940, består i

å anvende flere sendere adsilte i rommet, hvis posisjoner er kjent med hensyn til mottagerantennen, idet hver sender gir et kodet signal slik at den så kan utskilles på nivået for hver transducer i mottagerantennen. Signalene blir så omformet til digitale samples som skal behandles av en datamaskin som rekonstruerer bildet ved å utføre i rekkefølge fokuserings-

og Fourier-transformasjonsoperasjonene. Dette system, som anvender en akustisk holografi teknikk, har den ulempe at det medfører en lav grense med hensyn til tiden som kreves for å oppnå bildet p.g.a. den tid som medgår for beregningene i datamaskinen selv når de beste algoritmer av den hurtige Fourier-transformasjon, kalt F.F.T, anvendes, mens fremvis-ningen av mobile gjenstander som beveger seg hurtig krever at denne tid reduseres for å oppnå klare bilder.

Systemet ifølge oppfinnelsen muliggjør oppnåelse av et bilde

av de samme dimensjoner på en kortere tid ved anvendelse av analoge anordninger.

Ved undervannsakustikk, er apparater for sonar bildedannelse

av havbunnene av sideavsøks eller frontaltypene lenge blitt anvendt. De inneholder en mottagerantenne og en sendeantenne og intensjonen er å gi et bilde av havbunnen for å detektere og identifiser gjenstander som kan være der (f.eks. miner).

I disse systemer blir signalene som kommer fra mottagerantennen rommessig behandlet for å gi innfalne stråler som er skrå med hensyn til bunnen. Bildet som gis ved hvert øyeblikk består av linjer dannet av bilde "punkter" korresponderende med ret-ningene for dé dannede stråler, idet hver linje korresponderer

med en distanse.

For å forbedre rekkeviddeoppløsningen, sendes det akustiske signalet med et bånd B og en bildelinje må oppnås innenfor et tidsintervall mindre enn eller lik den resiproke verdi av dette bånd. Derfor fordelen med å anvende hurig teknologi. For dette formål, ifølge den kjente teknikk, oppnås stråle-dannelsen på analoge måte ved anvendelse av forsinkelseslinjer med flerforbindelser, plassert bak hver mottagerantennetrans-ducer og et sett av adderere. Signalet som korresponderer med en stråle oppnås på utgangen av hver adderer. P.g.a. opp-løsningen dannes flere titalls stråler og volumet av den elek-troniske kretsen er meget stort.

Systemet ifølge oppfinnelsen, som anvendes på apparater av sideavsøks eller frontalsonartypen, korrigerer denne ulempe og muliggjør oppløsningen, d.v.s. antallet dannede stråler,

og bli øket uten å øke antennedimensjonen. Videre blir hastigheten ved hvilken bildelinjene oppnås ikke redusert, sélv om volumet for kretsen reduseres meget.

Det er et akustisk bildesystem som inneholder en sendeantenne dannet av M transducere hvor M<>>1, hvor hver av disse sendertransducere er koblet til en elektrisk energiseringskrets,

en mottagningsantenne dannet ved minst én linje av hydrofoner, hvor signalene som gis av hver hydrofon påtrykkes M kretser, idet hver av disse kretser gir de M signaler mottatt av en hydrofon som er generert av de M senderne, og midler som mulig-gjør at signalene som mottas av hver linje av hydrofoner fra hver sender kan multiplekses sekvensmessig i tid. Systemet kjennetegnes ved at det også inneholder midler for å oppnå

på analoge måte Fourier-transformasjonen av disse multiplekse signaler ved hjelp av filtre som er spredende med hensyn til elastiske overflate- eller volumbølger, idet signalet som gis av Fourier-transformasjonsanordningen gir et bildelinjesignal. etter deteksjonen.

Andre kjennetegn og fordeler vil fremgå av beskrivelsen som er gitt som et eksempel..

Fig. 1 er det teoretiske diagram av det akustiske fremviser-systemet ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et generelt diagram av kretsene som behandlér signalene som behandler signalene mottatt av hydrofonene ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 er et skjematisk diagram for fremstilling av en av be-handl ing skr et sene .

Fig. 4 er en kompleks demodulasjonskrets..

Fig. 5 er en krets som adderer det multipleksede signal til en bærebølge. Figurene 6 og 7 er skjematiske diagrammer for fremstillingen av en Fourier-transformasjon ved hjelp av spredningsfiltre.

Fig. 8 er en sidesveipeantenne.

Fig. 9 er en 2-dimensjonal sende-mottagelseantenne.

Fig. 10 er et skjematisk diagram for behandlingen av en 2-dimensjonal antenne. Fig. 11 illustrerer plasseringen i serie av forskjellige multipleksede signaler for en 2-dimensjonal antenne. Fig. 12 er et skjematisk diagram for behandlingen av multipleksede signaler for en 2-dimensjonal antenne. Fig. 13 er en krets for dekoding som anvender ladningsover-føringsanordninger ifølge oppfinnelsen. Fig. 1 viser et eksempel på en lineær antenne med flere sendere ifølge oppfinnelsen. Mottagerantennen inneholder N hydrofoner H,,.. IL... H.,... H„ i avstand d fra hverandre, hvilke mottar

1 2' i N .

ekkoene fra alle retninger av signalene utsendt av to sendere

E^og E2.

De to senderne er plassert i antenneinnretningen og N x d fra hverandre. Fortrinnsvis er de plassert ved de to endene av mottagerantennen.

De to senderne E^ og E2sender kodede signaler og signalene

som mottas av hydrofonene H^, \\^, .. H^,.. H påtrykkes filtret slik som 15.i og 16.i som er tilpasset kodene for signalene som kommer fra henholdsvis E^og E^-

Signalene som oppnås på utgangen av filtrene 15.1, 15.2,...

15.i,... 15.N adderes i addereren 17 som gir et signal .

På den samme måten gir signalene på utgangen av filtrene 16.1, 16.2,.. 16.i,.. 16.N, etter å være addert i kretsen 18, et signal R2- De to signalene R^og R2blir så addert for å gi et resulterende signal R.

I fig. 1 blir signalene som kommer fra et mål i en retning

som danner en vinkel 0 med normalen til antennen og sendt i denne retning av senderen E„, mottatt av hver hydrofon slik

som H. med en amplitude A^og fase

sin 0 hvor

A er bølgelengden og fase origo tas som det av signalene som mottas av hydrofonen H^.

Signalet R2kan skrives, innenfor en multiplisernde konstant, med den komplekse benevnelse:

Signalene som sendes i den samme retning av senderen E^mottas av hver hydrofon slik som H. med en amplitude litt forskjellig fra A. oa fase som er summen av 6 oa en fase i>_ korresoonder-l ' ende med faseskiftet på sendingen

mellom signalene sendt av E^ og E2i en retning G hvor L£er forskjellen i trinnene for de to senderne.

Med det samme fase origo som tidliger, gir dette for signalet

Etter addering i kretsene 19, fra (1) og (2):

Fra uttrykket (3), er strålinqinqsdiaqrammet tilknyttet siq- raens fra uttrykket (1) eller (2) stålingsdiagrammet tilknyttet signalet eller R^er slik at: mens fra uttrykket (1) eller (2) strålingsdiagram tilknyttet signalet R^eller R^er slik at:

Bredden av hovedloben ved halv effekt 2 6Q gitt av uttrykket (4) er halvparten så stort som den gitt av uttrykket (5). Med andre ord er bredden 2 9q oppnådd med to sendere lik den som ville vært oppnådd med en enkelt sender og en antenne dobbelt så lang med 2N hydrofoner.

Senderne E^og E^danner en sendeantenne og de kan være hvor som helst forutsatt at deres posisjon med hensyn til mottagerantennen er kjent.

Ved utvidelse, vil et system som muliggjør bredden 2 6 å bli redusert, d.v.s. oppløsningen å bli øket, uten å øke mottager-antennedimensjonene, inneholder en sendeantenne dannet av flere sendere og en mottagerantenne dannet av et hydrofonnettverk.

Med e-n antenne slik som den som vist i fig. 1 som mottar en plan sinusformet bølge, er fordelingen av trykkene mottatt ved et gitt øyeblikk av de N hydrofoner en sinusoide hvis frekvens er en funksjon av retningen 8. Denne egenskap anvendes til å danne kanaler ved å lage en Fourier-transformasjon av signalet som et resultat av multipleksingen av de N signaler h^,... hNi et tidsintervall som er meget kort med hensyn til den resiproke verdi av båndet. Således oppnås N signaler som representerer den akustiske energi korresponderende med de N retninger i feltet for romfrekvensene slik at f =^sin 8.

I fig. 1 er forplantningstiden korresponderende med avstanden L , som er differansen i trinn mellom endehydrofonene, d.v.s. % - 1

(—-—d) sin 8, hvor c er bølgehastigheten, kalt antennedybden for en retning 8. Hvis signalene har et bånd B rundt en bære-frekvnens f , må dette båndet være lite med hensyn til den resiproke verdi for antennedybden i den mest skråstilte ret-, ning 8. Ettersom d er omvendet proposjonal med f , må for-holdet B/f være lite.

I et system som inneholder en mottagerantenne dannet av N hydrofoner i en linje med avstand d fra hverandre og en sendeantenne dannet av M sendere i en linje med avstand Nd fra hverandre, vil det forstås fra den foregående informasjon at det er mulig å oppnå et bilde med M x N punkter ved å plassere i serie ende mot ende de M signaler som oppnås etter multi-pleksing for en sender av de N signaler mottatt av de N hydrofoner, idet frekvensbåndet for signalene som sendes er lite sammenlignet med den resiproke verdi av antennedybden i den mest skråstilte retning, og laging av Fourier-transformasjonen av det resulterende signal oppnås.

Fig. 2 viser et system som mater en bildepunktlinje, hvor et punkt representerer den akustiske energi som kommer fra en retning oppnådd ved en stråle dannet i denne retning, hvis bredde korresponderer med antenneoppløsningen. Mottagerantennen består av N hydrofoner H. med avstand d fra hverandre og sendeantennen består av M sendere med avstand Nd fra hverandre og plassert fortrinnsvis langs linjen av transducerer PK. I figuren er N = 4 og M = 3.

Senderne E^, E^og E^sender signaler i form av pulser med

den samme midtfrekvens f og identiske spektraltettheter. Disse signaler kodes av senderen slik at de kan adskilles ved nivået for hver hydrofon H^. Bærefrekvensen f moduleres f.eks. av en sekvens av oj binære symboler som hver opptar et frekvensbånd B slik at B<< f . Lengden av hvert signal er T og verdien av B og T er slik valgt at produktet BT er meget større enn antallet sendere M. De binære sekvenser kodes ortogonalt. Således oppnås et signal med en korrelasjonstopp ved utgangen av et filter tilpasset koden. En kode med fase-skift nøkling, eller P.S.K, kan f.eks. anvendes.

De elektriske signaler h^ tilført ved et tidspunkt av hver transducer, slik som h\, føres til M behandlingskanaler slik som Di.. k, hvor k M, hvor hver inneholder en korrelator-anordning beregnet til å separere de forskjellige signaler som korresponderer med hver av senderne, idet disse korrelatorer utfører filtreringen tilpasset kodene for disse sendere.

Det skjematiske diagram for en måte å frembringe en behandlingskrets D^ er vist i fig. 3. Signalet h^, mottatt av transduceren H.., påtrykkes en frekvensendrerkrets 10 som også mottar signalet gitt av lokal osilator 01.1. Signalet endret i frekvens filtreres av et lavpassfilter 11 og påtrykkes en korrelasjonskrets 12 tilpasset signalet utsendt av senderen

E ..

i

I en foretrukket utførelsesform består korrelasjonskretsen, slik som 12, av en ladningskoblet anordning, såkalt C.C.D., hvis operasjon er tilsvarende den for et skiftregister. Hver korrelator er tilpasset en sendt kode, og for denne kode oppnås på utgangen et signal med en korrelasjonstopp.

Det analoge signalet tilført hver C.C.D. samples i tid ved hastigheten for perioden T 0^ for et signal fra en klokke HOI r.ed frekvens ^^ oi' Hvis C.C.D. registeret har K trinn, er verdien av den valgte tHq^lik T/K hvor T er varigheten av den sendte pulsen. Videre må frekvensen f. for det analoge signalet som tilføres hver slik at

fi<W2-

Korrelasjonssignalet S^ påtrykkes en krets 14 som utfører operasjonen som er kalt kompleks demodulasjon, vist skjematisk i fig. 4. Signalet S^ multipliseres av cos 2Trf^t på den ene side og av sin 211'f^t på den annen side, hvor f^er bærefrekvensen for signalet S., . Etter filtrering ved hjelp av lav-

passfilteret 18 og 19, oppnås komponenten i signalet x1.,og

1 IK

y^. Disse komponenter multipliseres i 21 og 22 med veiende verdier henholdsvis A_^cos 0^ og sin 0^ i multipliser-ingskretsene som gir signalkomponentene x^°9y., (fig* 3). ;På utgangen av behandlingskanalene, slik som D^, oppnås M x N komplekse signaler x.. , Y^ (fig- 2). Signalene x^ og ;-^ikP^trYkkes multipleksende kretser, henholdsvis MX og MY;med hastigheten for en klokke Uq2'hvis periode Th02vel9es liten med hensyn til den resiproke verdi av signalbåndet. ;Den multipleksende orden er slik at X og Y signalene som oppnås følger en orden slik. at X = , ^l' " " ' XN1' " " *<X>1M'

X2M'"'<X>NM"

Ordenen er den samme for Y signalene. X og Y signalene påtrykkes en krets 7 som plasserer dem på en bærebølge med frekvens f z gJitt av en lokal oselator 0L3. Kretsen 7 er vist skjematisk i fig. 5. X og Y signalene multipliseres med cos (21Tfzt) og sin (2tff t) henholdsvis i multiplikatorer 71 og 72 og adderes i en krets 73. Endelig blir det oppnådde signal filtrert rundt den nye bærefrekvensen f zav et filter 74 med bånd Bzsom gir et signal U. Dette signalet U påtrykkes en krets 3 som lager Fourier-transformasjonen på en analog måte meget hurtig ved hjelp av filtre som er spredende for elastiske bølger. Etter deteksjon av kretsen 4, korresponderer det oppnådde utgangssignal med en linje av bildepunkter.

Ifølge oppfinnelsen velges verdien for frekvensen f hos lokal-oselatoren 0L3 til å sette signalet i stand til å bli behandlet senere i filteret som er spredende for elastiske bølger. Den er av.størrelsesorden flere titalls MHz.

J-U

Signalet U som tilføres av kretsen 7 med bærefrekvensen f av varighet T = M x N x T^^^°9me<^ bånd B , som er en funksjon av den multipleksende frekvens fur.0/ føres til Fourier-trans-formasjonskretsen 3, som anvender filtre som er spredende overfor elastiske bølger og er vist i figurene 6 og 7 som representerer to utførelsesmåter.

Den første utførelsesformen, i fig. 6 er en sammenstilling kalt en multiplikasjons-konvolusjon-multiplikasjon, eller M-C-M, krets i hvilken suksessive signaler kan føres uten å bli separert i tid. I denne sammenstilling blir signalet U formultiplisert i en krets 32 med et signal kalt en "rampe" som er modulert lineært i frekvens med bånd B av lengde T . For å oppnå dette signal,mates en meget kort puls I til inngangen av et spredningsfilter 31. På utgangen av multiplika-toren 32 føres signalet til et spredningsfilter 33 med bånd 2Bzav lengde 2T . På utgangen ettermultipliseres signalet i en multiplikator 34 av et rampesignal identisk med det foregående som genereres av spredningsfilteret 35. Hvis signalfasen ikke er nyttig, kan denne ettermultiplikasjon elimeneres og erstattes av deteksjon utført i 4 (fig. 2). Med denne sammenstilling er det imidlertid ikke mulig å veie utgangs-filteret 33 for å forbedre analysen.

Den andre fremstillingsmåten, i fig. 7, er en sammenstilling kalt en konvolusjon-multiplikasjon-konvolusjon, eller C-M-C, krets i hvilken suksessive signaler U må føres i sekvens adskilt med et tidsintervall T , lengden av signalet U. På den annen side kan et spredende utgangsfilter 39 veies.

I denne sammenstilling blir signalet U først konvolutert i et spredningsfilter 36 med bånd Bz av lengde Tz og så multiplisert i 37 av et rampesignal tilført ved hjelp av et spredningsfilter 38 med bånd 2Bzav lengde 2Tz- På utgangen av multi-plikatoren 37, føres signalet til et spredningsfilter 39 som er identisk med filteret 37. Hvis signalfasen ikke er brukbar, kan det første konvolusjonsfilteret 36 elimineres og utgangssignalet detekteres i 4.

Den foreliggende oppfinnelse kan med fordel anvendes med apparater av sonartypen for å oppnå et bilde av havbunnen.

Som vist skjematisk i fig. 8, i tilfellet av en sideavsøkende sonar dannes en stråle Fg av en antenne 30 til å bestråle bunnen skrått slik at en linje av bildepunkter J dannes i tids-intervallet som adskiller to ekkoer som kommer fra punktene og i idet bildet dannes av fremadbevegelsen av fartøyet. Flere stråler kan også dannes i retningen av fartøyets beveg-else. Sonaren er da av frontaltypen.

I et produksjoneksempel ifølge oppfinnelsen, inneholder systemet en sendeantenne med 3 sendere og en mottagerantenne med 96 hydrofoner, hvor antennene er anordnet som angitt i fig. 2. Signalene som sendes i form av kodede pulser i et bånd B rundt den samme midtfrekvens f , har de følgende karakteristikker: f = 200 kHz, B = 6 kHz og T = 22.4 ms.

Verdiene av frekvensene for de forskjellige oselatorne og klokkesignalene er: fq^j. 194.3 kHz,<F>HQ^= 22.85 kHz,

f. = f „ „ = 5.7 kHz, ftI_~ .= 12 MHz og f=f „ , = 30 MHz.

i OL2 H02 J z OL3

Hver kolleator 12 er en C.C.D. bestående av 512 trinn. Når den foregående verdi tas i betraktning, er båndet Bz12 MHz og lengden ca. 25 usec.

Hydrofonene er to bølgelengder fra hverandre og den totale størrelsen av mottagerantennen er ca. l,5m. Den vinkelmessige oppløsning som oppnås er nær 0.1°, det samme som for en mottagerantenne som er 4,5m lang.

Takket være de høye operasjonshastigheter som oppnås med filterne som er spredende overfor elastiske bølger, oppnås en linje med 288 bildepunkter i et tidsintervall av størrelses-orden 25 usec, hvilket er meget mindre ennn l/B.

Hvis ehdigital teknikk med en datamaskin hvis beregningstid for en "butterfly" operasjon er 1 jisec, er blitt anvendt, ville den samme linje av bildepunkter blitt oppnådd i løpet av 1,2 msec hvilket er større enn l/B og gjør denne teknikk ikke-anvendbar i dette spesielle tilfellet.

I apparater anvendt for frontal bildedannelse, blir det oppnådde bildet dannet av bildepunkter, hvor hvert punkt korresponderer med to retninger langs de horisontale og vertikale akser. Deres operasjon er identisk med den for et kamera og krever bruken av antenner i to dimensjoner. I fig. 9 inneholder systemet en mottagerantenne dannet av P ekvidistante linjer med N ekvidistante hydrofoner og en sendeantenne dannet av L ekvidistante linjer med N ekvidistante hydrofoner. Hvis det rektangulære nettet dannet av 4 mottagertransducere,

<H>i,j'<H>i,j+1'<H>i+l,j og Hi+1, j + 1' har dimensjoner d±og d2henholdsvis mellom transducerne i den samme linje og mellom linjene, og det rektangulære nett dannet av 4 sendere har som dimensjoner Nd-^ og Pd2henholdsvis mellom senderne i den samme linje og mellom linjene. Det totale antallet sendere er

M.

Hver sender, som i det foregående tilfellet, avgir et signal med varighet T som kodes med en kode som er ortogonal relativt kodene f or de andre senderne, idet sendingene skjer samtidig.

Hver hydrofon gir et signal h^ j som korresponderer med den i'te transduceren og den j1 te linjen. Dette signalet føres til M behandlingskanaler. Hver kanal har en krets 40 tilsvar-

ende kretsen D., i fig. 3. På utgangen oppnås signaler x.. ,

IK 1,J,K og y• i hvor k varierer fra 1 til M (fig. 10). Disse sig-

naler multiplekses til å danne signalene X. , og Y. ,.

3 rK ] r K

X. , = x.. , , x0 . , ,...x . , . Disse er signalene som mottas av transducerne i linje j fra senderen som er nummerert k.

På den samme måten oppnås et multiplekset signal YD . ', K for

signalene x.. , .

i / D ' k

Disse signaler grupperes sammen for å bli således behandlet at de danner et bilde. Fig. 11 forklarer måten ved hvilken grup-peringen foretas for signalet x. , i tilfellet hvor sendeanten-J iK nen har 2 linjer med 3 sendere i hver, slik som antennen vist i fig. 9. Signalene leses sekvensmessig og plasseres i serie, ende mot ende ved linjen av hydrofoner og linjen av sendere. Således dannes signalet Fn . av signalene i den første linje av hydrofoner som kommer fra senderne E^, E^og E^plassert i serie ende mot ende. Hvert signal X. , eller Y.. er NTTTA„ ende. ^ j ,kj,kH02 langt når N er tallet av hydrofoner pr. linje og thq2erPerio-den for klokkesignalet som styrer alle multiplekserkretsene.

Når de P hydrofonlinjene har gitt P signaler F.. som korresponderer med den første senderlinjen, gjøres den sammme grup-pering for den andre linjen av sendere, E^, E^og E^, som gir P signaler F_. ^.

Generelt for et antall sendelinjer L, er antallet signaler F.. som tilføres lik P x L og deres varighet er Q x N x<f>°r Q sendere pr. linje. På den samme måten oppnås P x L signaler G_. , fra signalene Y.. Hvert par av signaler F_. , og G^, føres til en kompleks modelator identisk med den som er vist i fig. 4, hvor frekvensen f zer tilpasset bruken av filteret som er spredende overfor elastiske bølger mens båndet B Zer lik

den multipleksende frekvensen for signalene x.. , og y.. , .

i,j, K i,j, K Signalene U.. oppnås, som føres i sekvens til en overflatebølge todimensjonal Fourier-omformer vist i fig. 6. Denne omformer består hovedsaklig av to monodimensjonal Fourier-omformere 60 og 67, hvis konstruksjon er identisk med omformeren 3 i fig. 7 og en mellomliggende digital hukommelse 64 i hvilken data inn-føres på linje og fra hvilken de bringes ut i kolonner. Det

kan bemerkes at denne teknikk er tidligere kjent.

Hvert analogt signal U.. ^ med varighet Tz= Q x N x me& midtfrekvens i^ og bånd Bz, behandles i den første Fourier-omformeren 60. Signalet blir så demodulert med frekvensen f z av kretsen 61 som er identisk med den som er vist i fig. 4. I en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen, gjennomgår de såkalte reelle og imaginære deler som er oppnådd logarytmisk kompresjon i 62.1 og 62.2. Dette muliggjør at antallet bits i den digitale omdanning som utføres i 63.1 og 63.2 for n bits, kan reduseres. De blir så lagret i 2 direkte hukom- ±4

meiser, RAM, 64.1 og 64.2. Lagringen foretas sekvensmessig på slik måte at hvert signal U.. ^ korresponderer med en linje

i hukommelsen hvor hver linje inneholder N x Q samples av n bits.

Når alle linjene, L x P, er blitt lagret i hukommelsen, leses samplene sekvensmessig kolonne for kolonne for å gi signaler V og W som korresponderer med hver kolonne i hver hukommelse 64.1 og 64.2. Disse signaler omdannes til analoge ved hjelp av omdannere 65.1 og 65.2 og gjennomgår så logarytmisk eks-pansjon, det omvendte av kompresjon, i kretser 66.1 og 66.2. De blir så modulerte rundt bærefrekvensen f av en krets 67

z

som er identisk med den som er vist i fig. 5.

Hvis samplene i hver kolonne leses med signalhastigheten for en klokke H03 med periode thq3 r er varigheten av signalet Z som oppnås lik L x P x tHq3<>>De L x P signaler Z behandles sekvensmessig av én andre Fourier-omformer 68 med den samme konstruksjon som den første.

Etter deteksjon ved hjelp av kretsen 69, danner de oppnådde signaler bildet i to dimensjoner.

Med fordel er sende- og mottagerantennen firkantet, d.v.s.

L = Q og P = N. Varigheten av signalene U.. og Z er like når thq3velges lik thq209de to Fourier-omformerne 60 og 68 er identiske med spredningsfilteret med de samme forsinkelses-tider.

I dette system er hastigheten for oppnåelse av linjer av bildepunkter ikke begrenset til den resiproke verdi av båndet for det sendte signalet. Det er tilstrekkelig at denne hastighet er den for linjesveipen i katodestrålerøret som anvendes.

Den foreliggende oppfinnelse anvendes særlig ved undervannsakustikk på apparater av kameratypen med en rekkevidde av noen få meter, idet signalfrekvensene er av størrelsesorden en Megahertz.

I et produksjonseksempel gir systemet et bilde med 96 x 96 punkter med de følgende karakteristikker:

- sendeantennen dannet av 4 sendere,

- mottagerantennen dannet av 48 x 48 mottagere som er 2 bølgelengder fra hverandre,

- sendebærefrekvens : 2 MHZ.

Med fordel plasseres de 4 senderne i de 4 hjørnene av mottagerantennen slik at antennestørrelsen er 7,5 cm x 7,5 cm. Den vinkelméssige oppløsning som korresponderer med hvert punkt er 0,3°, det samme som for en mottagerantenne med overflate to ganger så stor og inneholdende 96 x 96 mottagere.

Signalene multiplekses ved frekvensen fH02= 4 MHz°9karakteristikker for spredningsfiltrene i Fourier-omformerne er: Bz= 4 MHz, Tz= 25 usec og f^ = 10 MHz. Digital omdanning av signalene foretas f.eks. for 8 bits.

Med dette system er det mulig å behandle et bilde i et tids-rom av størrelsesorden 5 msec som korresponderer med en felt-dybde av 7,5 m.

I en variant av oppfinnelsen blir behandlingskretsene slik

som D^^i fig. 2 og kretsene slik som 40 i fig. 10 laget som vist i fig. 13. Signalet, slik som H^ som tilføres transduceren H^, gjennomgår først kompleks demodulasjon i en krets 82 ved hjelp av lokal-osilatoren OL2. Komponentene i denne demodulasjon påtrykkes C.C.D kretsene som utfører filtreringen tilpasset senderkoden for de reelle og imaginære delene. Disse kretser følges av to veiingskretser 83.1 og 83.2. Signalene<x>ik°^yiksom kommer fra sammenstillingen av kanaler D^ for hver av senderne'/'blir så multiplisert sekvensmessig i tid av to registere med C.C.D anordninger, hvilke ikke er vist, hvor frekvensen av hvilkes klokke H02 er minst N ganger høyere enn frekvensen for klokken HOI i registrene 81.1 og 81.2, hvor N er antallet av multipleksede signaler.

Signalene x^kog mates i parallell til inngangene av C.C.D registeret og leveres på utgangen i form av en serie av ana loge samples med klokkehastigheten H02. Demodulasjonskretsen 82 er identisk med den som er vist i fig. 4, hvor frekvensen

f. her er lik f , den midtre sendefrekvensen. Det bør bemer-

1 o

kes at den maksimale frekvensen for signalene på utgangen av demodulasjonskretser 82 er lavere enn i den foregående modell, slik at antallet av trinn i hvert C.C.D register også er mindre på den samme lengde av de sendte signalene.

I en annen variant av oppfinnelsen, dannes lagerhukommelsene 64.1 og 64.2 i fig. 1 av en serie av skiftregistere av C.C.D typen, hvis antallet er lik antallet linjer. Signalene som oppnås etter den første akustiske Fourier-transformasjonen føres sekvensmessig til hver av registrene, hvis klokkefrekvens er minst to ganger bærefrekvensen. Skiftet i parallell, seksjon for seksjon, av alle registrene som er fylt muliggjør da at signalene som korresponderer med kolonnene kan oppnås.

I tilfellet hvor sende- og mottagningsantennene er firkantet,

i en annen variant av oppfinnelsen, kan den todimensjonale Fourier-transformasjonen vist i fig. 12 anvende kun en monodimensjonal Fourier-trans formasjon multiplisert i tid.

Til sist er det gitt eksempler slik at sendeantennen består

av et antall sendere mindre enn antallet hydrofoner i mottagerantennen, d.v.s. M<N. Systemet opererer på den samme måte hvis sende- og mottagerfunksjonene ombyttes, hvilket vil si at M>N.

Claims (11)

1. Akustisk bildesystem inneholdende en sendeantenne dannet av M sendertransducere hvor M> 1, idet hver av disse sendertransducere er forbundet med elektrisk energiseringskrets, en mottagerantenne dannet av minst en linje av hydrofoner, hvor signalene som tilføres av hver hydrofon påtrykkes de M kretsene, idet disse kretser gir de M signalene som mottas av hver hydrofon som genereres av de M sendere, og midler som mulig-gjør at de signaler som mottas av hver linje av hydrofoner fra hver sender kan multiplekses sekvensmessig i tid, karakterisert ved at systemet ytterligere omfatter midler for å frembringe på analog måte Fourier-transformasjonen av disse signaler, multiplekset ved hjelp av filtere som er spredende overfor elastiske overflate- eller volumbølger, idet signalet som tilføres av Fourier-transfor-mas jonsanordningen gir, etter deteksjon, et signal av bilde-linjen.

2. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver av sendertransducerne energiseres av et kodet signal, hver sender energiseres med en forskjellig kode, at alle de forskjellige kodene er ortogonale relativt hverandre, at alle de kodede signaler har den samme midtfrekvens og at passbåndet for disse signaler er smalt med hensyn til denne midtfrekvensen.

3. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at de N hydrofonene H^ , P^,--- H^ ,... HN , er innrettet og sendertransducerne En, E„,... E. , ... E.„ er innrettet i ^ 1' 2 k M parallell med hydrofonene, at signalet lu som mottas av en hydrofon slik som PK påtrykkes M komplekse demoduleringskretser, hvor hver av kretsene D gir de komplekse komponenter av signalet slik som x., ogY^ r korresponderende med signalet som mottas av hydrofonen•H1 . fra senderen E, K, og at, under styringen av en klokke HQ2 , signalene x^ og y^' multiplekses i kretser (MX og MY) som gir signaler X og Y, idet sekvensene er slik at X <=><X> ll, X21" "XN1,X12 ' X22''" <X> N2''" <X> 1M' X2M' " " " <X> NM °g Y <=><y>xl , y2i"- YN1' Y12' Y22' -*' YH2'"" Y1M' Y2M'"' <Y>NM' idet disse signaler X og Y påtrykkes en krets som plasserer aem pa enD æreoøige, nviiKen mottar signalet rra en loKai-oselator og gir et signal U som påtrykkes en Fourier-trans-formasjonsanordning med spredende filtre, idet Fourier-transformasjonssignalet påtrykkes en deteksjonskrets som gir en bildelinje.

4. System som angitt i krav 2 og 3, karakterisert ved at en behandlingskrets, slik som D . , , som mottar signal h. fra hydrofonen H^ , inneholder en krets som mod-ulerer en bærebølge, hvilken mottar signalet fra en lokal-oselator OLI, idet signalet på bærebølgen filtreres av et lavpassfilter og påtrykkes en korrelator som tilfører et korrel-asjonssignal S^ for senderkoden E^ , idet dette korrelasjons-signal påtrykkes en kompleks demodulasjonskrets ved hjelp av lokal-oselatoren 0L2 og gir komponentene for det komplekse signalet x., og y^' idet disse signaler veies av henholdsvis funksjonen A^ cos 6 ^ og A^ sin 8.. , hvilke gir signalene <x> ik og <y> ik <->

5. System som angitt i krav 1, karakterisert ved at mottagerantennen inneholder P linjer med N hydrofoner slik som I-l.. hvor 1 < i < N og 1 < i < P og der er M sendertransducere slik som E, hvor 1 < k < M, idet distansen k — — mellom tilliggende hydrofoner i linjene og kolonnene er henholdsvis d^ og d^ r idet senderne er anordnet med distanser i linjene og kolonnene av henholdsvis Nd^ og Pd^ , hvor signalet h^ _. som mottas av en hydrofon slik som ^ har M behandlings-kretser (40) som gir par av veiede komplekse komponenter slik som x.f j/ryi/j#1#xif .^2f...xif jfM, Y1# jfM, og at disse signaler multiplekses for de to komplekse komponenter hvor en multi-pleksingssekvens korresponderer med signalene for en hydrofon-linje j i rekkefølge, for senderne av den samme linje 1, idet disse multipleksingssekvenser plasseres på en bærebølge som gir signaler slik som U.. som påtrykkes en to-dimensjons J i 1 Fourier-transformasj onsanordning.

6. System som angitt i krav 5, karakterisert ved at de multipleksede signaler, slik som U. , gjennomgår 1' en Fourier-transformasjon i en spredningsfilteranordning, at signalet som oppnås gjennomgår kompleks demodulasjon, idet komponentene av signalet som oppnås, etter analog-digital omdanning, lagres i direkte hukommelser, og at disse hukommelser gir signaler i kolonner som, etter digital-analog omdanning, plasseres på en bærebølge og påtrykkes en andre Fourier-trans-formas jons.anordning, idet det omdannede signalet detekteres og gir bildelinjer i rekkefølge.

7. System som angitt i krav 3 eller 5, karakterisert ved at Fourier-transformasjonsanordningen eller anordningene inneholder to spredningsfiltere av varighet Tz med passbånd B og et tredje spredningsfilter med lengde 2Tz med passbånd 2Ez-

8. System som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte første og andre spredende filtere mottar korte signaler på deres inngang, idet inngangssignalet U multipliseres med utgangssignalet fra det første filteret, idet det multipliserte signalet påtrykkes det tredje spred-ningsf ilteret og at utgangssignalet fra dette filteret multipliseres med utgangssignalet fra det andre spredningsfilteret for å gi Fourier-transformasjonssignalet.

9. System som angitt i krav 7, karakterisert ved at det første spredningsfilteret mottar signalet U som skal analyseres, at det tredje filteret mottar et kort signal på sin inngang, idet dets utgangssignal multipliseres med utgangssignalet fra det første filteret og det multipliserte signalet påtrykkes inngangen av det andre spredende filteret for å gi på sin utgang det omformede signal av inngangssignalet U.

10. System som angitt i krav 3 eller 5, karakterisert ved atmultipleksingskretsene er ladningskoblende anordninger (C.C.D).

11. System som angitt i krav 3 eller 5, karakterisert ved at signalet fra en hydrofon slik som h. påtrykkes en kompleks demodulasjonskrets, idet de to komponent ene påtrykkes korrelatorer, og at de to korrelasjonssignalene veies av multiplikatorkretser som gir de komplekse komponenter <X> ik ° <9><y> ik '