本發(fā)明涉及聲學(xué)，尤其是涉及一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器。

背景技術(shù)：

1、水下聲學(xué)波束成形技術(shù)是一種利用水聲聲波進(jìn)行定向傳輸和聚焦的技術(shù)，水下聲學(xué)波束成形技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、聲吶、水聲通訊等領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，聲學(xué)波束成形技術(shù)廣泛應(yīng)用于超聲診斷和治療。在水下通訊領(lǐng)域，聲學(xué)波束成形技術(shù)被廣泛應(yīng)用于聲波通訊。在軍工領(lǐng)域，聲學(xué)波束成形技術(shù)被廣泛應(yīng)用于聲吶探測和聲吶成像。

2、傳統(tǒng)波束成形技術(shù)通過使用大量傳感器陣列并對聲波的相位和振幅進(jìn)行控制，使得聲波在空間內(nèi)形成一個特定方向的波束，從而實現(xiàn)聲波的定向傳輸和聚焦。優(yōu)點是可以實現(xiàn)高精度的定向傳輸和聚焦，從而提高了系統(tǒng)的靈敏度和分辨率，同時，它也可以降低噪聲和干擾，提高系統(tǒng)的信噪比和抗干擾性能。

3、但是傳統(tǒng)聲學(xué)波束成形技術(shù)中，傳感器陣列的使用會使得聲學(xué)波束成形設(shè)備成本巨大且體積笨重，并且通過對聲波的相位和振幅進(jìn)行控制形成波束成形需要響應(yīng)的算法及大量的計算，不利于聲學(xué)波束成形技術(shù)在實際應(yīng)用場景中使用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出了一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，利用點聲源產(chǎn)生球面波與聲學(xué)倫伯透鏡相互作用，使得聲波信號產(chǎn)生多束平面波，并且使得這些聲學(xué)波束定向發(fā)射，從而實現(xiàn)水下聲學(xué)多波束成形。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例的一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，包括：

3、點聲源，所述點聲源用于產(chǎn)生球面波；

4、聲學(xué)倫伯透鏡，所述聲學(xué)倫伯透鏡設(shè)于所述點聲源的前方，所述聲學(xué)倫伯透鏡包括：第一透鏡和第二透鏡，所述第二透鏡環(huán)設(shè)于所述第一透鏡的外側(cè)，所述第一透鏡由第一晶格單元陣列而成，所述第二透鏡由第二晶格單元陣列而成，所述第一透鏡和第二透鏡之間的折射率滿足關(guān)系為：

5、

6、其中：

7、

8、r為所述聲學(xué)倫伯透鏡的徑向距離，s＝rn/r，n是折射率分布，pa為所述第一透鏡的外徑并且為所述第二透鏡的內(nèi)徑，r為所述第二透鏡的外徑，f為聲源離透鏡中心距離。

9、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，所述第一晶格單元包括第一質(zhì)量塊和第一連接板，相鄰所述第一連接板的端部依次相連并圍合呈棱柱體，所述第一質(zhì)量塊設(shè)于所述棱柱體內(nèi)且與所述棱柱體的側(cè)棱連接；和/或

10、所述第二晶格單元包括第二質(zhì)量塊和第二連接板，相鄰所述第二連接板的端部依次相連并圍合呈棱柱體，所述第二質(zhì)量塊設(shè)于所述棱柱體內(nèi)且與所述棱柱體的側(cè)棱連接。

11、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，相鄰所述第一連接板的端部依次相連并圍合呈六棱柱體，且相鄰所述第二連接板的端部依次相連并圍合呈六棱柱體。

12、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，所述第一晶格單元材質(zhì)為環(huán)氧樹脂，且所述第二晶格單元的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂。

13、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，所述第一透鏡和所述第二透鏡一體連接。

14、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，所述聲學(xué)倫伯透鏡還包括：上蓋板和下蓋板，所述上蓋板覆蓋設(shè)于所述第一透鏡和所述第二透鏡的上端，所述下蓋板覆蓋設(shè)于所述第一透鏡和所述第二透鏡的下端。

15、根據(jù)本發(fā)明的一些實施例中，還包括：轉(zhuǎn)動件，所述轉(zhuǎn)動件的一端與所述上蓋板和/或所述下蓋板可轉(zhuǎn)動連接，另一端與所述點聲源連接。

16、有益效果：

17、本發(fā)明利用點聲源產(chǎn)生球面波與獨特結(jié)構(gòu)的聲學(xué)倫伯透鏡相互作用，使得聲波信號產(chǎn)生多束平面波，實現(xiàn)聲學(xué)波束定向發(fā)射，從而形成水下聲學(xué)多波束成形效果，這樣通過單個聲源便可以形成多個波束,有利于在同一個時間段內(nèi)得到多個水下深測數(shù)據(jù),極大的提升了水下深測工作的工作效率。

18、此外，本發(fā)明通過聲學(xué)倫伯透鏡實現(xiàn)波束成形的效果，不僅大大減少了傳感器的數(shù)量，與現(xiàn)有的波束成型設(shè)備相比，本發(fā)明的聲學(xué)波束成形設(shè)備不僅會更加輕巧，而且還不需要調(diào)控聲波的相位及幅值，大大減少了計算工作量。

技術(shù)特征：

1.一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，其特征在于，所述第一晶格單元包括第一質(zhì)量塊和第一連接板，相鄰所述第一連接板的端部依次相連并圍合呈棱柱體，所述第一質(zhì)量塊設(shè)于所述棱柱體內(nèi)且與所述棱柱體的側(cè)棱連接；和/或

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，其特征在于，相鄰所述第一連接板的端部依次相連并圍合呈六棱柱體，且相鄰所述第二連接板的端部依次相連并圍合呈六棱柱體。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，其特征在于，所述第一晶格單元材質(zhì)為環(huán)氧樹脂，且所述第二晶格單元的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，其特征在于，所述第一透鏡和所述第二透鏡一體連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，其特征在于，還包括：上蓋板和下蓋板，所述上蓋板覆蓋設(shè)于所述第一透鏡和所述第二透鏡的上端，所述下蓋板覆蓋設(shè)于所述第一透鏡和所述第二透鏡的下端。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，其特征在于，還包括：轉(zhuǎn)動件，所述轉(zhuǎn)動件的一端與所述上蓋板和/或所述下蓋板可轉(zhuǎn)動連接，另一端與所述點聲源連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于聲學(xué)倫伯透鏡的水下聲學(xué)多波束成形器，包括聲學(xué)倫伯透鏡，所述聲學(xué)倫伯透鏡間距設(shè)于所述點聲源的前方，所述聲學(xué)倫伯透鏡包括：第一透鏡和第二透鏡，所述第二透鏡環(huán)設(shè)于所述第一透鏡的外側(cè)，所述第一透鏡由第一晶格單元陣列而成，所述第二透鏡由第二晶格單元陣列而成。由此，本發(fā)明利用點聲源產(chǎn)生球面波與獨特結(jié)構(gòu)的聲學(xué)倫伯透鏡相互作用，使得聲波信號產(chǎn)生多束平面波，實現(xiàn)聲學(xué)波束定向發(fā)射，從而形成水下聲學(xué)多波束成形效果，這樣通過單個聲源便可以形成多個波束,有利于在同一個時間段內(nèi)得到多個水下深測數(shù)據(jù),極大的提升了水下深測工作的工作效率。

技術(shù)研發(fā)人員：趙流現(xiàn),劉權(quán),熊子祥,莊旭旭,王儉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7