CN212623066U - 测距系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种测距系统，该测距系统包括：换能器组件；和多通道换能器，所述多通道换能器耦合到所述换能器组件或耦合在所述换能器组件内，并被配置为发射测距波束和/或接收测距回波信号，其中，所述多通道换能器包括根据交错的换能器元件布置而布置的多个换能器元件。换能器元件的交错布置可以改进遥感性能，以产生准确的遥感数据和/或图像。交错的布置还可以减少换能器阵列中使用的换能器元件的数量，这降低了换能器阵列的成本和复杂性。此外，线性换能器阵列中的交错布置还允许二维波束成形。

Description

测距系统

相关申请的交叉引用

本申请要求享有2017年6月2日提交的题为“RANGING SYSTEMS AND METHODS WITHSTAGGERED MULTICHANNEL TRANSDUCERS”的美国临时专利申请No.62/514,718的优先权和权益，通过引用的方式将其整体并入本文中。

技术领域

本实用新型的一个或多个实施例总体上涉及测距系统，并且更具体地，例如，涉及用于提供遥感影图像的系统和方法。

背景技术

测距系统(例如，雷达、声呐、激光雷达和/或其他遥感系统)通常用于通过生成移动结构周围环境的数据和/或图像(例如，表示对飞机、地面车辆或船只的航行至关重要的地上和/或地下特征的图像)来辅助导航。常规的测距系统通常包括被配置为向用户提供遥感图像的显示器。

传统上，较高质量的遥感图像与相对较大且笨重的换能器组件联系在一起。装有这种组件的测距系统通常很昂贵，并且不能与大部分非商业船只一起使用。与此同时，消费者的市场压力和对便利性的需求要求用户系统更小、更易于使用，且该用户系统具有更多功能并产生更高质量的图像。因此，需要一种改进的换能器组件，以特别是在提供相对高质量的增强的传感数据和/或图像的情况下，提供紧凑但功能丰富且灵活使用的测距系统。

实用新型内容

公开了用于一种系统和方法的技术，该系统和方法用于提供用于遥感的精确且紧凑的测距系统。特别地，测距系统可以包括交错的多通道换能器，该交错的多通道换能器具有以交错的图案布置的多个发射和/或接收换能器元件。该交错的图案允许在无需完整的二维换能器阵列的情况下，使线性阵列执行二维波束成形，因此减少了提供相应的三维图像所需的换能器元件的数量。此外，发射器和接收器阵列中不同交错的图案的组合可用于减少通常与相对稀疏或间隔较大的换能器阵列布置相关的光栅波瓣和/ 或其他有害影响。

在一个实施例中，一种测距系统包括：换能器组件；和多通道换能器，所述多通道换能器耦合到所述换能器组件或耦合在所述换能器组件内，并被配置为发射测距波束和/或接收测距回波信号，其中，所述多通道换能器包括根据交错的换能器元件布置而布置的多个换能器元件。

优选地，所述交错的换能器元件布置包括横向交错的换能器元件布置。

优选地，所述交错的换能器元件布置包括纵向交错的换能器元件布置。

优选地，所述多通道换能器包括混合换能器元件布置；所述多个换能器元件包括第一多个接收器换能器元件；以及所述多通道换能器包括布置成一维线性阵列的第二多个发射器换能器元件。

优选地，所述多个换能器元件包括根据所述交错的换能器元件布置而布置的一个或多个组合的发射器和接收器换能器元件。

优选地，所述交错的换能器元件布置包括横向交错且左右对称的换能器元件布置，其中，每个横向偏移的换能器元件的横向偏移距离大约为0.25 或0.5个工作波长或在大约0.2个工作波长和1.5个工作波长之间。

优选地，所述交错的换能器元件布置包括纵向交错且左右对称的换能器元件布置，其中，纵向相邻的换能器元件之间的纵向间隔在大约1个工作波长和5个工作波长之间。

优选地，所述交错的换能器元件布置包括横向交错的换能器元件布置，所述多通道换能器包括多个子阵列，每个子阵列包括多个换能器元件的子集；以及所述多个子阵列根据横向交错的换能器元件布置而横向交错。

优选地，所述测距系统包括雷达系统、声纳系统或激光雷达系统。

优选地，所述交错的换能器元件布置被配置为减少通过所述多通道换能器接收的测距回波信号中的光栅波瓣。

优选地，所述多通道换能器被布置成弯曲阵列和/或一个或多个平面阵列。

在一个实施例中，测距系统可以包括在第一方向上延伸并且被配置为执行遥感的换能器阵列。换能器阵列可以包括以交错的图案布置的换能器元件，其中，一个或多个换能器元件在垂直于第一方向的第二方向上与其他换能器元件偏移。

在另一实施例中，一种方法可以包括：通过测距系统的交错的多通道换能器接收回波信号，至少部分地基于所述回波信号，形成一个或多个信号回波；以及至少部分地基于所述信号回波生成遥感图像数据。

在又一个实施例中，一种方法可以包括：提供多通道换能器基板；以以交错的图案将换能器元件放置在多通道换能器基板上；以所述交错的图案将所述换能器元件固定到所述多通道换能器基板上；以及向所述换能器元件提供连接。

本实用新型的范围由权利要求限定，通过引用的方式将权利要求并入到本部分。通过考虑以下对一个或多个实施例的详细描述，本领域技术人员将更全面地理解本实用新型的实施例以及实现本实用新型的附加优点。将参考首先将简要描述的附图。

附图说明

图1A示出了根据本公开的实施例的测距系统的框图。

图1B示出了根据本公开的实施例的测距系统的示意图。

图2A示出了根据本公开的实施例的测距系统的示意图。

图2B示出了根据本公开的实施例的测距系统发射器的示意图。

图3示出了根据本公开的实施例的测距系统的示意图。

图4A-B示出了表格，该表格示出了根据本公开的实施例的与用于测距系统的多通道换能器的不同换能器元件布置相关的模拟的方向性响应。

图5A-5C示出了根据本公开实施例的采用各种换能器元件布置的多通道换能器。

图6示出了根据本公开实施例的用于操作采用交错多通道换能器的测距系统的各种操作的流程图。

图7示出了根据本公开实施例的组装或制造用于多通道测距系统的交错多通道换能器的各种操作的流程图。

通过参考下面的详细描述，将最好地理解本实用新型的实施例及其优点。应当理解，相同的附图标记用于标识在一个或多个附图中示出的相同的元件。

具体实施方式

根据本公开的各种实施例，测距系统和方法可以有利地包括换能器元件以交错图案布置的交错的多通道换能器。本公开的实施例可以在减少换能器阵列中的换能器元件的数量的同时可靠地生成高质量的图像，这减少了与波束成形电子设备和处理资源相关的系统成本。此外，具有根据交错图案布置的元件的线性阵列使得可以二维波束成形和成像/感测。这样的实施例实现了提高性能、节省成本，并且减少了测距传感器系统中使用的换能器阵列的复杂性和尺寸。

图1A示出了根据本公开实施例的检测和测距系统100的框图。在各种实施例中，如本文所述，系统100可以被配置为使用声呐系统110、雷达系统160和/或其他类型的测距系统来检测目标和/或确定到目标的范围。就这一点而言，声呐系统110和/或雷达系统160可以被配置为向目标发射测距系统信号(例如，脉冲或波束或一系列脉冲/脉冲序列)，并接收从目标反射的作为测距回波信号(ranging signal return)的至少一部分发射信号。系统100然后可以处理测距回波信号以对目标去卷积(例如，对指示从目标反射的返回信号和/或对应于目标的相对位置的方向的信号进行识别、分离或重建)。

在一些实施例中，系统100可以被配置为使用OPS 190和/或系统100 的各种传感器中的任意一种传感器来测量声呐系统110、雷达系统160、用户接口120和/或移动结构101的方向、位置、加速度和/或速度。然后，系统100可以根据系统100和/或移动结构101的所需操作，使用这些测量值由声呐系统110、雷达系统160和/或其他测距系统或其他类型的测距系统 (例如，其他模块180)提供的测距数据生成准确的图像数据。在一些实施例中，系统100可以通过用户接口120向用户显示结果图像，和/或使用声呐数据、雷达数据、方向和/或传感器数据、和/或图像来控制移动结构101 的操作，例如，控制转向致动器150和/或推进系统170以根据期望的航向 (举例来说，例如航向角107)来转向移动结构101。

在图1A所示的实施例中，系统100可以实现为提供特定类型的移动结构101(例如，无人机、船舶、航行器、机器人、车辆和/或包括设计为在水中或水下、空中、和/或地面上移动的任何平台的其他类型的移动结构) 的测距数据和/或图像。在一个实施例中，系统100可以包括声呐系统110、雷达系统160、用户接口120、控制器130、OPS 190(例如，包括方位传感器140、陀螺仪/加速度计144、和/或全球导航卫星系统(GNSS)146)、速度传感器142、转向传感器/致动器150、推进系统170以及一个或多个其他传感器和/或致动器(例如，其他模块180)中的一个或多个。在一些实施例中，可以将系统100的一个或多个元件实现在可耦合到移动结构101 和/或由移动结构101的用户握住或携带的组合外壳或结构中。

方向102、103和104描述了移动结构101的一种可能的坐标系(例如，针对方位传感器140测量的航向或定向，和/或陀螺仪144和加速度计 145测量的角速度和加速度)。如图1A所示，如本文所述，方向102示出了可以与移动结构101的纵轴基本上平行和/或对齐的方向，方向103示出了可以与移动结构101的横轴基本上平行和/或对齐的方向，并且方向104示出了可以与移动结构101的竖直轴线基本上平行和/或对齐的方向。例如，移动结构101的运动的翻滚分量可以对应于围绕方向102的旋转、俯仰分量可以对应于围绕方向103的旋转、并且偏航分量可以对应于围绕方向104 的旋转。

航向角107可以对应于参考方向106(例如，地球磁场的局部分量) 在水平面上的投影(例如，参考重力定义的移动结构101局部的“向下”矢量)和方向102在同一水平面上的投影之间的角度。在一些实施例中，可以将参考方向106在水平面上的投影(例如，参考重力定义的“向下”矢量)称为磁北。在各种实施例中，例如，磁北、真北、“向下”矢量和/或各种其他方向、位置和/或固定或相对参考系可以定义绝对坐标系，其中，可以将参考绝对坐标系的方向测量称为绝对方向测量(例如，“绝对”方位)。在一些实施例中，方向测量最初可以参考特定传感器(举例来说，例如，声呐换能器组件或声呐系统110、OPS 190、方位传感器140和/或用户接口120)的坐标系，并对其进行变换(例如，使用一个或多个坐标系变换的参数的其他模块)以参考移动结构101的绝对坐标系和/或坐标系。在各种实施例中，绝对坐标系可以被定义和/或对应到具有一个或多个未定义轴的坐标系，例如，移动结构101局部的水平面，并参考局部重力矢量，但是未参考和/或未定义偏航参考(例如，未参考磁北)。

声呐系统110可以实现为如本文所述的一个或多个电气和/或机械耦合的控制器、发射器、接收器、收发器、信号处理逻辑设备、各种电子组件、各种形状和大小的换能器元件、多通道换能器/换能器模块、换能器组件、组件托架、横梁托架和/或适于调整声呐系统110的任何部件的方位的各种致动器。

例如，在各个实施例中，声呐系统110可以根据2014年5月30日提交的题为“MULTICHANNEL SONAR SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请62/005,838和/或2014年2月21日提交的题为“MODULAR SONAR TRANSDUCER ASSEMBLY SYSTEMS AND METHODS”的美国临时专利申请61/943,170中描述的系统和方法中的任何一种来实现和/或操作，通过引用的方式将其全部内容作为整体合并于此。在其他实施例中，声呐系统110可以根据可用于检测水柱和/或水体的底面内的目标的其他声呐系统布置来实现。

更一般地，声呐系统110可以被配置为发射一个、多个或一系列声束(例如，以音频波为载波的波束成形的脉冲或直接测距传感器脉冲)，接收相应的声学回波(acousticsreturn)/回声，并将声学回波转换为声呐数据和 /或图像(例如，测距系统图像数据)，例如，测深数据、水深、水温、水柱 /容积碎片、底部轮廓和/或其他类型的声呐数据。如本文所述，声呐系统110 可以被配置为向用户接口120提供这样的数据和/或图像以例如显示给用户，或者向控制器130提供这样的数据和/或图像以进行附加处理。

在一些实施例中，声呐系统110可以使用紧凑设计来实现，其中多个声呐换能器、传感器和/或相关的处理设备位于单个换能器组件壳体内，该单个换能器组件壳体被配置为通过单个电缆与系统100的其余部分连接，该电缆向声呐系统110提供电源并且和声呐系统110进行通信。在一些实施例中，如本文所述，声呐系统110可以包括被配置为帮助提供二维或三维航点、提高声呐数据和/或图像质量、和/或提供高精度的测深数据的方位和/或位置传感器。

例如，渔民希望获得水下结构和中层水域的目标(例如，鱼)的高度详细且准确的信息和/或图像。如本文所述，常规声呐系统可能是昂贵且庞大的，并且通常不能提供相对准确和/或无失真的水下视图。声呐系统110 的实施例包括低成本多通道声呐系统，其可以被配置为生成详细的二维和三维声呐数据和/或图像。在一些实施例中，例如，声呐系统110可以将电子设备和换能器整合到单个防水包装中以减小尺寸和成本，并且可以通过与系统100的其他设备的单个连接来实现(例如，通过以太网上的以太网电力电缆、集成电源电缆、和/或集成到单个接口电缆中的其他通信和/或输电管道)。

在各种实施例中，声呐系统110可以被配置为通过选择使用如本文所述的配置和/或处理方法，从各种可选择的视角提供许多不同的显示视图，包括向下成像、侧面成像和/或二维/三维成像。在一些实施例中，声呐系统 110可以利用并入了一个或两个多通道换能器和/或相关联的电子设备的单个换能器组件壳体来实现。在这样的实施例中，声呐系统110可以被配置为使用发射器通道和/或多通道换能器的元件发射声束，使用多个接收器通道和/或多通道换能器的元件接收声学回波，并对声学回波进行波束成形和/或干涉测量处理以生成二维和/或三维声呐图像。在一些实施例中，声呐系统110的一个或多个声呐发射器可以被配置为使用线性调频(CHIRP)发射来提高距离分辨率并因此减小通常在干涉测量处理技术中固有的模糊性。

在各个实施例中，声呐系统110可以利用其自己的专用OPS 190来实现，OPS 190可以包括各种方位和/或位置传感器(例如，类似于方位传感器140、陀螺仪/加速度计144和/或GNSS 146)，该方位和/或位置传感器可以包含在换能器组件壳体内，以提供换能器组件和/或一个或多个换能器的三维方向和/或位置，以便在处理声呐数据或对声呐数据进行后期处理以供显示时使用。例如，传感器信息可以用于校正换能器组件在声透射之间的运动，以提供相应的声学回波/样本的改进的配准，和/或基于测得的换能器组件的方位和/或位置生成图像。在其他实施例中，外部的方位和/或位置传感器可单独使用或与一个或多个集成传感器组合使用。

在使用位置传感器实现声呐系统110的实施例中，声呐系统110可以被配置为提供各种声呐数据和/或图像增强。例如，声呐系统110可以被配置为提供远离移动系统101的声呐数据和/或用户定义的航点的精确定位。类似地，声呐系统110可以被配置为提供一系列声呐数据的精确的二维和 /或三维集合和/或显示；在没有位置数据的情况下，声呐系统通常采用直线轨迹，这会导致相应的声呐数据和/或图像中的图像伪影和/或其他不准确性。另外，当用位置传感器实现和/或与位于远程但相对固定的位置传感器 (例如，GNSS 146)连接时，声呐系统110可以被配置为生成水体底部的准确且详细的测深图。

在使用方位和/或位置传感器实现声呐系统110的实施例中，声呐系统 110可被配置为将该方位/位置信息和系统100可用的其他传感器信息(声学回波、温度测量值、文字说明、水深、海拔、移动结构速度、和/或其他传感器和/或控制信息)一起存储。在一些实施例中，控制器130可以被配置为生成查找表，以便用户可以为特定位置选择声呐系统110的所需配置或与一些其他传感器信息协调。或者，可以使用自动调整算法来根据传感器信息选择最佳配置。

例如，在一个实施例中，移动结构101可以位于使用位置数据在图表上标识的区域中，用户可能已经针对声呐系统110的配置选择了用户设置，并且控制器130可以被配置为控制致动器和/或以其他方式实现声呐系统110的配置(例如，设置特定方位)。在又一个实施例中，控制器130可以被配置为接收移动结构101的方位测量值。在这样的实施例中，控制器130 可以被配置为控制与换能器组件相关联的致动器以保持其相对于例如移动结构和/或水面的方位，从而改进显示的声呐图像(例如，通过确保一致方向的声束和/或一系列声学回波的正确配准)。在各种实施例中，控制器 130可以被配置为控制转向传感器/致动器150和/或推进系统170，以调节移动结构101的位置和/或方位，以帮助确保正确记录一系列声学回波、声呐数据和/或声呐图像。

尽管图1A示出了与声呐系统110分离的系统100的各种传感器和/或其他组件，但是在其他实施例中，系统100的传感器和组件的任何一个或组合可以与声呐系统110的声呐组件、致动器、换能器模块和/或其他组件集成在一起。例如，OPS 190可以与声呐系统110的传感器模块集成在一起，并可以被配置为向控制器130和/或用户接口120提供换能器模块的绝对和/或相对方位(例如，翻滚、俯仰和/或偏航)的测量值，控制器130和用户接口120也可以与声呐系统110集成在一起。

如本文所述，雷达系统160可以实现为一个或多个电和/或机械耦合的控制器、发射器、接收器、收发器、信号处理逻辑设备、各种电子部件、各种形状和大小的换能器元件(例如天线元件)、多通道换能器/换能器模块、雷达组件、组件支架、桅杆支架和/或适于调节雷达系统160的任何组件的方向的各种致动器。例如，在各种实施例中，可以根据各种雷达系统布置(例如，检测和测距系统布置)来实现雷达系统160，所述各种雷达系统布置可以用于检测位于地面表面上或地面表面上方或水体表面上或水体表面上方的目标的特征并确定距该目标的距离。

更一般地，雷达系统160可配置为发射一个、多个或一系列雷达波束 (例如，以射频波为载波的波束成形脉冲或直接测距传感器脉冲)，接收相应的雷达回波/回声，并将雷达回波转换为雷达数据和/或图像(例如，测距图像数据)，例如，一个或多个强度图和/或强度图的集合，其指示结构的相对位置、方位和/或其他特征，天气现象、波浪、其他移动结构、表面边界和/或其他将雷达波束反射回雷达系统160的目标。如本文所述，雷达系统160可被配置为向用户接口120提供此类数据和/或图像，以例如显示给用户，或提供给控制器130进行附加处理。此外，此类数据可用于生成与 AIS数据、ARPA数据、MARPA数据和/或一个或多个其他目标跟踪和/或标识协议相对应的一个或多个图表。

在一些实施例中，雷达系统160可以使用紧凑设计来实现，其中多个雷达换能器、传感器和/或相关的处理设备位于单个雷达组件壳体内，该单个雷达组件壳体被配置为通过单个电缆与系统100的其余部分连接，该电缆可向雷达系统160提供电源并且和雷达系统160进行通信。在一些实施例中，如本文所述，雷达系统160可以包括被配置为帮助提供二维或三维航点、提高雷达数据和/或图像质量、和/或提供高精度的雷达图像数据的方位和/或位置传感器(例如，OPS 190)。

例如，渔民希望获得本地和远处的建筑物以及其他船只的高度详细和准确的信息和/或图像。如本文所述，常规雷达系统可能是昂贵且庞大的，并且通常不能用于提供相对准确和/或无失真的雷达图像数据。雷达系统 160的实施例包括低成本多通道(例如，合成孔径)雷达系统，其可以被配置为生成详细的二维和三维雷达数据和/或图像。在一些实施例中，例如，雷达系统160可以将电子设备和换能器整合到单个防水包装中以减小尺寸和成本，并且可以通过与系统100的其他设备的单个连接来实现(例如，通过以太网上的以太网电力电缆、集成电源电缆、和/或集成到单个接口电缆中的其他通信和/或输电管道)。

在各种实施例中，雷达系统160可以利用其自己的专用OPS 190来实现，OPS 190可以包括各种方位和/或位置传感器(例如，类似于方位传感器140、陀螺仪/加速度计144和/或GNSS 146)，该方位和/或位置传感器可以包含在雷达组件壳体内，以提供雷达组件和/或一个或多个传感器的三维方向和/或位置，以便在处理雷达数据或对雷达数据进行后期处理以供显示时使用。例如，传感器信息可用于校正雷达组件在波束发射之间的运动，以提供相应的雷达回波/样本的改进对准，和/或基于测得的雷达组件/换能器的方位和/或位置生成图像。在其他实施例中，外部的方位和/或位置传感器可单独使用或与一个或多个集成传感器组合使用。

在利用位置传感器实现雷达系统160的实施例中，雷达系统160可以被配置为提供各种雷达数据和/或图像增强。例如，雷达系统160可以被配置为提供远离移动系统101的雷达回波的精确定位。类似地，雷达系统160 可以被配置为提供一系列雷达数据的精确的二维和/或三维集合和/或显示一系列雷达数据；在没有方位数据或位置数据来帮助确定轨迹或航向的情况下，雷达系统通常采用直线轨迹，这会导致相应的雷达数据和/或图像中的图像伪影和/或其他不准确性。另外，当用位置传感器实现时，雷达系统 160可以被配置为生成水体表面上的目标的精确和详细的强度图。

在使用方位和/或位置传感器实现雷达系统160的实施例中，雷达系统 160可以被配置为将该方位/位置信息与系统100可用的其他传感器信息 (雷达回波、温度测量值、文本描述、高度、移动结构速度、和/或其他传感器和/或控制信息)一起存储。在一些实施例中，控制器130可以被配置为生成查找表，以便用户可以为特定位置选择雷达系统160的所需配置或与一些其他传感器信息协调。或者，可以使用自动调整算法来根据传感器信息选择最佳配置。

例如，在一个实施例中，移动结构101可以位于使用位置数据在图表上标识的区域中，用户可能已经针对雷达系统160的配置选择了用户设置，并且控制器130可以被配置为控制致动器和/或以其他方式实现雷达系统 160的配置(例如，设置特定的方位或旋转速率)。在又一个实施例中，控制器130可以被配置为接收移动结构101的方位测量值。在这样的实施例中，控制器130可以被配置为控制与雷达组件相关联的致动器以保持其相对于例如移动结构和/或水面的方位，从而改进显示的雷达图像(例如，通过确保一致方向的雷达波束和/或一系列雷达回波的正确配准)。在各种实施例中，控制器130可以被配置为控制转向传感器/致动器150和/或推进系统170，以调节移动结构101的位置和/或方位，以帮助确保正确记录一系列雷达回波、雷达数据和/或雷达图像。

尽管图1A示出了与雷达系统160分离的系统100的各种传感器和/或其他组件，但是在其他实施例中，系统100的传感器和组件的任何一个或组合可以与雷达系统160的雷达组件、致动器、换能器模块和/或其他组件集成在一起。例如，OPS 190可以与声呐系统110的天线平台集成在一起，并可以被配置为向控制器130和/或用户接口120提供天线的绝对和/或相对方位(例如，翻滚、俯仰和/或偏航)的测量值，控制器130和用户接口 120也可以与雷达系统160集成在一起。

如本文所使用的，术语“换能器”通常可以指被配置为将电信号转换为测距系统传输信号并且将测距系统传输信号转换为电信号的设备，其包括声呐换能器或换能器元件、雷达天线或天线元件、以及/或其他测距系统发射器和/或传感器/接收器元件。

用户接口120可以实现为显示器、触摸屏、键盘、鼠标、操纵杆、旋钮、方向盘、船轮或船舵、轭和/或能够接受用户输入和/或向用户提供反馈的任何其他设备。在各种实施例中，用户接口120可以适于向系统100的其他设备(例如，控制器130)提供用户输入(例如，以信号和/或传感器信息的类型)。用户接口120也可以通过一个或多个逻辑设备来实现，该逻辑设备可适于执行指令(例如，软件指令)，以实现本文描述的各种过程和 /或方法中的任何一种。例如，用户接口120可以适于形成通信链路，发送和/或接收通信信息(例如，传感器信号、控制信号、传感器信息、用户输入和/或其他信息)，确定各种坐标系和/或方位，确定用于一个或多个坐标系变换的参数，和/或执行坐标系变换，例如，或者执行各种其他过程和/或方法。

在各种实施例中，例如，用户接口120可以适于接受用户输入，以形成通信链路，选择特定的无线联网协议和/或用于特定的无线联网协议和/ 或无线链路的参数(例如，密码、加密密钥、MAC地址、设备标识号、设备操作配置文件、用于设备操作的参数和/或其他参数)，选择处理传感器信号以确定传感器信息的方法，调整致动传感器的位置和/或方位，和/或以其他方式便于系统100和系统100中的设备的操作。一旦用户接口120接受用户输入，则可以通过一个或多个通信链路将用户输入传输到系统100 的其他设备。

在一个实施例中，例如，用户接口120可以适于通过由一个或多个相关联的逻辑设备形成的通信链路来接收传感器信号或控制信号(例如，来自方位传感器140和/或转向传感器/致动器150的信号)，并且可以将传感器信号和/或与接收到的传感器信号或控制信号对应的其他信息显示给用户。在相关实施例中，用户接口120可以适于处理传感器信号和/或控制信号以确定传感器和/或其他信息。例如，传感器信号可以包括移动结构101 的方位、角速度、加速度、速度和/或位置。在这样的实施例中，用户接口 120可以适于处理传感器信号，以确定指示例如声呐系统110、雷达系统 160和/或移动结构101的估计的和/或实际的翻滚、俯仰和/或偏航(姿态和/或速率)，和/或位置或一系列位置的传感器信息，并作为对用户的反馈显示该传感器信息。

在一个实施例中，用户接口120可以适于显示作为图形或地图的一部分或覆盖在图形或地图上的各种传感器信息和/或其他参数的时间序列，其可以参考移动结构101的位置和/或方向。例如，用户接口120可适于显示覆盖在地图上的移动结构101和/或系统100的其他元件(例如，声呐系统 110或雷达系统160的换能器组件和/或模块)的位置、航向和/或方位的时间序列，该地图可以包括一个或多个图形，这些图形指示相应的时间序列的致动器控制信号、传感器信息和/或其他传感器和/或控制信号(包括声呐，雷达和/或其他测距图像数据)。

在一些实施例中，用户接口120可以适于接受包括例如用户定义的换能器模块的目标航向、路线和/或方位的用户输入，并且生成用于使传感器 /致动器150和/或推进系统170转向的控制信号，以使移动结构101根据目标航向、路线和/或方位移动。在另外的实施例中，用户接口120可以适于接受包括例如用户定义的耦合到移动结构101的被致动设备(例如，声呐系统110、雷达系统160)的目标姿态/角频率的用户输入，并生成用于根据目标姿态/角频率来调节被致动设备的方位或旋转的控制信号。更一般地，用户接口120可以适于例如向用户显示传感器信息，和/或例如向系统 100的其他用户接口、传感器或控制器发送传感器信息和/或用户输入以进行显示和/或作进一步处理。在一个实施例中，用户接口120可以与一个或多个传感器(例如，成像模块、位置和/或方位传感器、其他传感器)集成和/或可以是便携式的(举例来说，例如便携式触摸显示器或智能电话，例如可穿戴式用户介面)，以便于用户与移动结构101的各个系统的交互。

控制器130可以实现为任何合适的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器存储设备、存储器读取器或其他设备或设备组合)，其可以适于执行、存储和/或接收合适的指令，例如，实现用于控制例如声呐系统110、雷达系统160、转向传感器/执行器150、移动结构101和/或系统100的各种操作的控制回路的软件指令。这样的软件指令还可实现用于处理传感器信号、确定传感器信息、提供用户反馈(例如，通过用户接口120)、向设备查询操作参数，为设备选择操作参数或执行本文所述的各种操作(例如，由系统100的各个设备的逻辑设备执行的操作)中的任何一种的方法。

另外，可以提供机器可读介质来存储加载到控制器130中并由控制器 130执行的非暂时性指令。在这些和其他实施例中，在适当的情况下，可以使用其他组件来实现控制器130，例如，易失性存储器、非易失性存储器、一个或多个界面、和/或用于与系统100的设备连接的各种模拟和/或数字组件。例如，控制器130可适于存储如随着时间推移的传感器信号、传感器信息，用于坐标系变换的参数、校准参数、校准点集合和/或其他操作参数，并使用用户接口120将该存储的数据提供给用户。在一些实施例中，控制器130可以与一个或多个用户接口(例如，用户接口120)集成在一起，并且在一个实施例中，控制器130可以与一个或多个用户接口共享一个或多个通信模块。如本文所述，控制器130可以适于执行一个或多个控制回路，该控制回路用于进行被致动设备的控制、转向控制(例如，使用转向传感器/致动器150)和/或执行移动结构101和/或系统100的其他各种操作。在一些实施例中，控制回路可以包括处理传感器信号和/或传感器信息，以便控制声呐系统110、雷达系统160、移动结构101和/或系统100 的一个或多个操作。

OPS 190可以实现为被配置为提供有关于系统100的一个或多个元件的方位和/或位置数据的方位和/或位置传感器(例如，方位传感器140、加速度计/陀螺仪144、GNSS 146)的集成选择。例如，OPS 190的实施例可以与移动结构101、声呐系统110和/或雷达系统160集成在一起，并且可以被配置为提供与移动结构101、声呐系统110的声呐换能器、和/或雷达系统160的雷达天线/换能器的质心相对应的方位和/或位置数据。这样的测量例如可以参考绝对坐标系，或者可以参考OPS 190和/或与OPS 190集成的各个传感器中的任意一个的坐标系。更一般地，OPS 190提供了单一的相对紧凑的集成设备，可以在系统100的各个元件中复制该设备，在某些实施例中，其可以包括单个/简化的接口以传输数据和/或电源。在各种实施例中，例如在制造时，集成到OPS 190中的一个或多个方位和/或位置传感器的坐标系可以相互参考(例如，参考OPS 190的单个坐标系)，以减少或消除对确定坐标系变换以在系统100的操作过程中组合来自OPS 190多个传感器的数据的需要。

方位传感器140可以实现为指南针、浮标、加速度计、磁力计、和/或能够测量移动结构101的方位(例如，相对于一个或多个参考方向(例如重力和/或磁北)的翻滚、俯仰和/或偏航的幅度和方向)并将该测量值作为可以传送到系统100的各个设备的传感器信号而提供的其他数字或模拟设备中的一个或多个。在一些实施例中，方位传感器140可以适于提供移动结构101的航向测量。在其他实施例中，方位传感器140可以适于提供移动结构101的翻滚、俯仰和/或偏航率(例如，使用时间序列的方位测量值)。例如，方位传感器140可以被定位和/或适于相对于移动结构101的特定坐标系进行方位测量。在各种实施例中，可以根据在2014年5月15日提交的题为“AUTOMATIC COMPASS CALIBRATION SYSTEMS ANDMETHODS”的国际申请PCT/US14/38286中描述的系统和方法中的任何一种来实现和/或操作方位传感器140，通过引用的方式将其整体并入到本文中。

速度传感器142可以实现为电子皮托管、计量齿轮或车轮、水速传感器、风速度传感器，风速率传感器(例如方向和大小)、和/或能够测量或确定移动结构101的线速度(例如，在周围介质中和/或与移动结构101的纵轴对齐)并将该测量值作为可以传送到系统100的各个设备的传感器信号而提供的其他设备。在一些实施例中，速度传感器142可适于提供周围介质相对于传感器142和/或移动结构101的速度。

陀螺仪/加速度计144可以实现为电子六分仪、半导体器件、集成芯片、加速度计传感器、加速度计传感器系统、或能够测量移动结构101的角速度/加速度和/或线性加速度(例如方向和大小)并将该测量值作为可以传送到系统100的其他设备(例如，用户接口120、控制器130)的传感器信号而提供的其他设备中的一个或多个。例如，陀螺仪/加速度计144可以被定位和/或适于相对于移动结构101的特定坐标系进行该测量。在各种实施例中，陀螺仪/加速度计144可以实现在公共的壳体和/或模块中，以确保公共的参考坐标系或参考坐标系之间的已知变换。

GNSS 146可以实现为全球导航卫星系统接收器(例如GNSS接收器)、和/或能够基于例如从星载和/或地面源接收到的无线信号确定移动结构 101(例如，或者是移动结构101的元件，如声呐系统110、雷达系统160 和/或用户接口120)的绝对和/或相对位置并将该测量值作为可以传送到系统100的各个设备的传感器信号而提供的其他设备。更一般而言，GNSS 146可以由多个不同GNSS中的任意一个或组合来实现。在一些实施例中， GNSS146可以用于确定移动结构101的速度、速率、COG、SOG、轨迹和/或偏航率(例如，使用时间序列的位置测量值)，例如移动结构101的绝对速度和/或角速度的偏航分量。在各种实施例中，系统100的一个或多个逻辑设备可适于确定移动结构101的计算速度和/或由该传感器信息计算的角速度的偏航分量。

转向传感器/致动器150可以适于根据系统100的逻辑设备(例如控制器130)提供的一个或多个控制信号、用户输入和/或稳定的姿态估计来物理地调节移动结构101的航向。转向传感器/致动器150可包括移动结构 101的一个或多个致动器和控制面(例如，方向舵或其他类型的转向或调整航向机构)，并且可适于将控制面物理地调节为各种正和/或负的转向角/ 位置。

推进系统170可以实现为螺旋桨、涡轮机或其他基于推力的推进系统，机械轮式和/或履带式推进系统，基于帆的推进系统和/或可用于向移动结构101提供动力的其他类型的推进系统。在一些实施例中，推进系统170 可以是非铰接式的，例如，使得推进系统170产生的动力和/或推力的方向相对于移动结构101的坐标系是固定的。非铰接式推进系统的非限制性示例包括：例如，用于船只的具有固定推力矢量的舷内马达、或固定式飞机螺旋桨或涡轮机。在其他实施例中，例如，推进系统170可以是铰接式的，并且可以与例如转向传感器/致动器150耦合和/或集成，使得产生的动力和/或推力的方向相对于移动结构101的坐标系是可变的。铰接式推进系统的非限制性示例包括：举例来说，例如，用于船只的舷外马达、用于船只的具有可变推力矢量/端口的舷内马达(例如，用于驾驶船只)、帆、或具有可变推力矢量的飞机螺旋桨或涡轮机。

例如，其他模块180可以包括其他和/或附加的传感器、致动器、通信模块/节点、和/或用于提供移动结构101的附加环境信息的用户接口设备。在一些实施例中，其他模块180可以包括湿度传感器、风和/或水温传感器、气压计、雷达系统、可见光照相机、红外照相机、和/或提供测量值和/或其他传感器信号的其他环境传感器，该测量值和/或传感器信号可以显示给用户和/或由系统100的其他设备(例如控制器130)使用，以提供对移动结构101和/或系统100的操作控制，该操作控制补偿环境条件，例如，风速和/或风向，涌浪速度、幅度和/或方向，例如移动结构101的路径中的目标。

在其他实施例中，其他模块180可以包括耦合到移动结构101的一个或多个被致动设备(例如，聚光灯、红外照明器、照相机、雷达、声呐、激光雷达、其他测距系统和/或其他被致动设备)，其中，每个被致动设备均包括适于响应于一个或多个控制信号(例如，控制器130提供的控制信号)来调整设备相对于移动结构101的方位的一个或多个致动器。其他模块180可以包括例如感测元件角度传感器，其可以物理地耦合至雷达系统 160的雷达组件壳体，并且被配置为测量天线/感测元件的方向与壳体和/或移动结构101的纵轴之间的角度。其他模块180还可以包括雷达系统160 的旋转天线平台和/或相应的平台致动器。在一些实施例中，其他模块180 可以包括例如与OPS 190集成在一起的一个或多个亥姆霍兹线圈，该亥姆霍兹线圈被配置为有选择地抵消地球磁场的一个或多个分量。

通常，系统100的每个元件都可以用任何适当的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列 (FPGA)、存储器存储设备、存储器读取器或其他设备或设备组合)来实现，其可以适于执行、存储和/或接收合适的指令，例如，实现用于提供例如声呐数据和/或图像、或在系统100的一个或多个设备之间发送和/或接收通信信息(例如，传感器信号、传感器信息和/或控制信号)的方法的软件指令。在一个实施例中，如本文所述，该方法可以包括用于从各个传感器接收移动结构101和/或声呐系统110的方位、加速度、位置和/或速度的指令，以根据传感器信号确定换能器方位调整(例如，相对于期望的换能器方向)，和/或例如控制致动器以相应地调节换能器方位。在另一个实施例中，该方法可以包括用于在系统100的各个设备之间形成一个或多个通信链路的指令。

另外，可以提供用于存储非暂时性指令的一个或多个机器可读介质，将指令加载到由系统100的一个或多个设备实现的任何逻辑设备中并由其执行。在这些和其他实施例中，在适当的情况下，逻辑设备可以由其他组件来实现，例如，易失性存储器、非易失性存储器和/或一个或多个接口(例如，集成电路(I2C)接口、移动工业处理器接口(MIPI)、联合测试行动小组(JTAG)接口(例如，IEEE 1149.1标准测试访问端口和边界扫描体系结构)和/或诸如用于一个或多个天线的接口、或用于特定类型传感器的接口的其他接口)。

系统100的每个元件都可以用一个或多个放大器、调制器、相位调节器、波束成形组件、数模转换器(DAC)、模数转换器(ADC)、各种接口、天线、换能器、和/或使得例如系统100的每个设备都能够发送和/或接收信号以便于系统100的一个或多个设备之间的有线和/或无线通信的其他模拟和/或数字组件。例如，该组件可以与系统100的相应元件集成到一起。在一些实施例中，如本文所述，相同或相似的组件可用于执行一个或多个传感器测量。

例如，相同或相似的组件可用于产生声脉冲(例如，传输控制信号和 /或数字整形控制信号)，将声脉冲转换为激励信号(例如，整形或未整形的传输信号)并将其发送到声呐换能器元件以产生声束，接收声学回波(例如，声呐换能器元件接收的声波和/或来自声呐换能器元件的相应电信号)，将声学回波转换为声学回波数据，和/或如本文所述的存储传感器信息、配置数据和/或与声呐系统的操作相对应的其他数据。类似地，相同或相似的组件可以用于产生雷达脉冲(例如，传输控制信号和/或数字整形控制信号)，将雷达脉冲转换为激励信号(例如，成形或未成形的传输信号)并将其发送到雷达天线以产生雷达波束，接收雷达回波(例如，雷达天线接收到的电磁波和/或来自雷达天线的相应电信号)，将雷达回波转换为雷达回波数据，和/或如本文描述的存储传感器信息、配置数据和/或与雷达系统的操作相对应的其他数据。

可以使用各种有线和/或无线通信技术(例如，包括电压信号、以太网、 WiFi、蓝牙、Zigbee、Xbee、Micronet、或其他介质和/或短距离有线和/或无线联网协议和/或实施方式)在系统100的元件之间传输传感器信号、控制信号和其他信号。在这样的实施例中，系统100的每个元件都可以包括一个或多个支持有线、无线和/或有线和无线通信技术的组合的模块。

在一些实施例中，例如，系统100的各个元件或元件的多个部分可以彼此集成，或者可以集成到单个印刷电路板(PCB)上以降低系统复杂性、制造成本、功率要求和/或各种传感器测量之间的定时误差。例如，陀螺仪 /加速度计144、用户接口120和控制器130可以被配置为共享一个或多个组件(例如，存储器、逻辑设备、通信模块和/或其他组件)，并且这种共享可以用于减少和/或基本上消除这种定时误差，同时降低了整体系统的复杂性和/或成本。

例如，系统100的每个元件都可以包括一个或多个电池或其他电力存储设备，并且可以包括一个或多个太阳能电池或其他电力生成设备(例如，风力或水力涡轮机、或通过系统100的一个或多个元件的运动产生电能的发电机)。在一些实施例中，一个或多个设备可以通过使用一根或多根电源线由移动结构101的电源供电。这样的电源线还可用于支持系统100的元件之间的一种或多种通信技术。

在各种实施例中，系统100的逻辑设备(例如，系统100的方位传感器140和/或其他元件)可以适于确定(例如，使用来自系统100的各个设备的信号)用于将声呐系统110和/或系统100的其他传感器的坐标系变换为如本文所述的移动结构101的坐标系、静止和/或运动和/或其他坐标系，和/或将移动结构101的坐标系、静止和/或运动和/或其他坐标系变换为声呐系统110和/或系统100的其他传感器的坐标系的参数。例如，系统100 的一个或多个逻辑设备可以适于使用该参数来将声呐系统110、雷达系统 160和/或系统100的其他传感器的坐标系变换为方位传感器140和/或移动结构101的坐标系，和/或将方位传感器140和/或移动结构101的坐标系变换为声呐系统110、雷达系统160和/或系统100的其他传感器的坐标系。此外，该参数可以用于确定和/或计算对声呐系统110和/或雷达系统 160的方位的一个或多个调整，这例如对于使声呐系统110和/或雷达系统 160的坐标系与方位传感器140和/或移动结构101的坐标系、或者绝对坐标系在物理上对准将是必要的。例如，根据该参数确定的调整可用于选择性地对伺服机构/致动器(例如，声呐系统110、雷达系统160和/或系统100 的其他传感器或元件的伺服机构/致动器)进行功率调整，或者可通过如本文所述的用户接口120将该调整传达给用户。

图1B示出了根据本公开的实施例的系统100B的示意图。在图1B所示的实施例中，与图1A的系统100类似，系统100B可以实现为提供声呐数据和/或图像以供移动结构101的操作使用。例如，系统100B可以包括多通道声呐系统110、集成用户接口/控制器120/130、辅助用户接口120、转向传感器/致动器150、传感器组162(例如，方位传感器140、陀螺仪/ 加速度计144，和/或GNSS 146)，以及各种其他传感器和/或致动器。在图 1B所示的实施例中，移动结构101实现为机动船，其包括船体105b、甲板106b、尾板107b、桅杆/传感器支架108b、方向舵152、舷内马达170和耦合于尾板107b的被致动的多通道声呐系统110。在其他实施例中，例如，船体105b、甲板106b、桅杆/传感器支架108b、方向舵152、舷内马达170 和各种被致动的设备可对应于客机或其他类型的车辆、机器人或无人机的属性，例如，起落架、乘客舱、发动机/发动机舱、行李箱、车顶、转向机构、前灯，雷达系统和/或车辆的其他部分。

如图1B所示，移动结构101包括被致动的多通道声呐系统110，该被致动的多通道声呐系统110又包括通过组件支架/致动器116和尾板支架/ 电线114耦合到移动结构101的尾板107b的换能器组件112。在一些实施例中，支架/致动器116例如可以实现为横滚、俯仰和/或偏航致动器，并且可以适于根据用户接口/控制器120/130提供的控制信号和/或移动结构101 的方位(例如，横滚、俯仰和/或偏航)或位置调整换能器组件112的方位。例如，用户接口/控制器120/130可以适于接收被配置为声透射一部分周围的水的换能器组件112的方向和/或参考绝对坐标系的方向，并通过使用移动结构101的一个或多个方位和/或位置和/或通过执行本文所述的各种方法得到的其他传感器信息，调整换能器组件112的方向以响应于移动结构 101的运动而保持该位置和/或方向的声透射。在另一个实施例中，用户接口/控制器120/130可以被配置为调整换能器组件112的方位，以使在移动结构101的运动期间来自换能器组件112的声呐传输的方向基本上向下和 /或沿着水下航迹的方向。在该实施例中，例如，水下航迹可以是预先确定的，或者可以基于标准参数(例如，最小允许深度、最大声透射深度、测深路线和/或其他标准参数)确定。

在一个实施例中，可以基本上在甲板106b和/或桅杆/传感器支架108b 上将用户接口120安装到移动结构101。例如，该安装座可以是固定的，或者可以包括万向架和其他调平机构/致动器，以使得用户接口120的显示器相对于地平线和/或“向下”矢量基本上保持水平(例如，以模仿典型的用户头部运动/方位)。在另一实施例中，至少一个用户接口120可以位于移动结构101附近并且可以在移动结构101的整个用户级别(例如，甲板 106b)上移动。例如，辅助用户接口120可以用挂绳和/或其他类型的带子和/或附接设备实现并物理耦合到移动结构101的用户，以使其在移动结构 101附近。在各种实施例中，用户接口120可以实现为集成到相应用户接口的PCB中的相对薄的显示器，以便减少尺寸、重量、壳体复杂性和/或制造成本。

如图1B所示，在一些实施例中，可以将速度传感器142安装到移动结构101的一部分上(例如，安装到船体105b上)，并且其适于测量相对水速。在一些实施例中，速度传感器142可以适于具备薄的轮廓以减少和 /或避免水的阻力。在各种实施例中，可以将速度传感器142安装到移动结构101的基本上在易于可操作之外的部分上。例如，速度传感器142可以包括一个或多个电池和/或其他电力存储设备，并且可以包括一个或多个水力涡轮机以产生电力。在其他实施例中，例如，通过使用一根或多根穿过壳体105b的电源线，速度传感器142可以由用于移动结构101的电源供电。在替代实施例中，例如，速度传感器142可以实现为风速传感器，并且可以将其安装在桅杆/传感支架108b上，以比较完全地接触本地风。

在图1B所示的实施例中，移动结构101包括大约在桅杆/传感器支架108b处(例如，在移动结构的重心附近)相交的方向/纵向轴102、方向/横向轴103以及方向/垂直轴104。在一个实施例中，各个轴可以定义移动结构101和/或传感器组162的坐标系。适于测量方向(例如，速度、加速度、航向或包括方向分量的其他状态)的每个传感器可以由可用于将传感器的坐标系与系统100B和/或移动结构101的任何元件的坐标系对准的支架、致动器和/或伺服机构来实现。系统100B的每个元件可以位于不同于图1B 所示的位置。例如，系统100B的每个元件可以包括一个或多个电池或其他电力存储设备，并且可以包括一个或多个太阳能电池或其他电力生成设备。在一些实施例中，一个或多个设备可以由移动结构101的电源供电。如本文所述，系统100B的每个元件可以用天线、逻辑设备和/或使得该元件能够提供、接收和处理传感器信号并与系统100B的一个或多个设备连接或通信的其他模拟和/或数字组件来实现。此外，该元件的逻辑设备可以适于执行本文描述的任何方法。

图2A示出了根据本公开的实施例的多通道测距系统200的示意图。在图2A所示的实施例中，多通道测距系统200包括换能器组件210，其可以通过单个I/O电缆214耦合到用户接口(例如，图1A的用户接口120) 和/或电源。如图所示，换能器组件210可以包括一个或多个控制器(例如，测距系统控制器220和/或协同控制器222)、换能器(例如，多通道换能器250和/或换能器264)、其他传感器(例如，方位/位置传感器240和/或水/ 气温传感器266)和/或都置于公共壳体211中的有助于系统200操作的其他设备。在其他实施例中，图2A中所示的一个或多个设备可以与远端的用户接口集成在一起，并通过一根或多根类似于I/O电缆214的数据和/或电源电缆与换能器组件210中的其余设备通信。

控制器220和/或协同控制器222中的每个都可以实现为任何适当的逻辑设备(例如，处理设备、微控制器、处理器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、存储器存储设备、存储器读取器或其他设备或设备组合)，其可以适于执行、存储和/或接收合适的指令，例如，实现用于控制例如换能器组件210和/或系统200的各种操作的控制回路(类似于控制器130)的软件指令。在典型实施例中，控制器220可以负责监视换能器组件210的一般操作、由测距数据生成声呐和/或雷达(例如，测距) 图像、将测距数据与测距数据/图像相关联，通过I/O电缆214和/或系统 200的其他非时间敏感性的操作将操作参数和/或传感器信息传送到其他设备。在该实施例中，协同控制器222可以用相对高分辨率的定时电路来实现，该相对高分辨率的定时电路能够生成用于操作例如发射器、接收器、收发器、信号调节器和/或换能器组件210的其他设备、和/或用于系统200 的其他时间敏感性的操作(例如，如本文所述，应用于从多通道换能器250 返回的测距回波信号的逐个样本的数字波束成形和/或干涉测量操作)的数字传输和/或采样控制信号。在一些实施例中，例如，控制器220和协同控制器222可以集成在一起，或者可以在多个单独的控制器上以分布式方式实现。

发射器230可以用一个或多个数模转换器(DAC)、信号整形电路、滤波器、相位调节器、信号调节元件、放大器、定时电路、逻辑设备和/或被配置为接收来自协同控制器222的数字控制信号并生成传输信号以激发多通道换能器250的发射器通道/换能器元件(例如，发射器通道260)以产生一个或多个测距信号束的其他数字和/或模拟电子器件来实现。在一些实施例中，如本文所述，发射器230的操作(例如，放大、频率相关滤波、发射信号频率、持续时间、成形、和/或定时/触发、和/或其他信号属性) 可以由协同控制器222来控制(例如，通过使用各种控制信号)。

接收器232中的每一个(例如，用于如所示的N个通道)可以用模数转换器(ADC)、滤波器、相位调节器、信号调节元件、放大器、定时电路、逻辑设备、和/或被配置为接收来自多通道换能器250的相应接收器通道/ 换能器元件(例如，接收器通道262)的模拟测距回波信号、将模拟测距回波信号转换为数字测距回波信号、并将数字测距回波信号提供给协同控制器222的其他数字和/或模拟电子设备中的一个或多个来实现。在一些实施例中，每个接收器232的操作(例如，放大、频率相关滤波、基带、样本分辨率、持续时间、和/或定时/触发、和/或其他ADC/信号属性)可以由协同控制器222控制。例如，协同控制器222可以被配置为使用接收器 232来将模拟回波信号转换为数字回波信号，该数字回波信号包括一个或多个数字基带传输信号，随后该数字基带传输信号被提供给协同控制器 222。在各个实施例中，接收器232可以配置为在将数字测距回波信号提供给协同控制器222之前，对模拟和/或数字测距回波信号进行低通或其他滤波、放大、抽取和/或进行其他处理(例如，使用模拟和/或数字信号处理)。在其他实施例中，接收器232可以被配置为将基本上未处理的(例如，原始的)模拟和/或数字测距回波信号提供给如本文所述的协同控制器222以进行进一步的信号处理。在另外的实施例中，可以将发射器230和一个或多个接收器232集成到单个收发器中。

在图2A所示的实施例中，多通道换能器250包括多个换能器元件和/ 或发射器/接收器通道，其可以基本上彼此独立地操作并且被配置为发射测距信号束并接收通过壳体211的发射表面212返回的测距回波信号。在一些实施例中，多通道换能器250可以包括单个发射器通道260，并且包括多个分离的接收器通道262。在其他实施例中，多通道换能器250可以包括多个发射器通道。在另外的实施例中，通过使用收发器(例如，类似于收发器234)，发射器通道260可以实现为发射器通道和接收器通道。通常，发射器通道260可以实现为被配置为产生一个或多个测距信号束的一个、两个或多个分离的换能器元件。接收器通道262中的每个也可以实现为一个、两个或多个分离的换能器元件，但是被配置为接收测距回波信号。测距信号束和测距回波信号的有效体积形状可以由如本文所述的它们相应的换能器元件的形状和布置来确定。在各种实施例中，多通道换能器250 的各个通道可以被布置为便于多通道处理，例如，波束成形、干涉测量、波束间插值、和/或用于产生声呐数据和/或图像的其他类型的多通道处理。

例如，在一个实施例中，多通道换能器250可以用以相控阵列布置的多个发射器通道260来实现，以便能够在相对较宽范围的发射角度内实现相对较窄范围的信号波束(相对于由单个发射器通道260产生的信号波束而言)的电动转向。在该实施例中，换能器组件210可以被配置为使用该电动转向束来提高得到的声呐或雷达数据和/或图像中的信噪比、和/或改进对在相应测距回波信号中检测到的虚假目标的拒绝。一个相关的且不太复杂的实施例可以是在没有相控阵列的情况下实现的发射阵列，从而可以通过包括或排除发射器通道和/或元件来调整得到的测距信号波束宽度。例如，该实施例可以用来在深水和浅水操作之间交替，其中，测距信号波束可以在用于深水的相对窄的信号波束和用于浅水的相对宽的信号波束之间切换。

在一些实施例中，换能器组件210可以用与多通道换能器250分离的一个或多个另外的换能器(例如，换能器264)来实现，并且由类似于发射器230和/或接收器232(例如，收发器234，其可以包括高压保护电路和/或发送/接收开关，以实现在相同导线218上的发送和接收)的分离的发射器/接收器电子设备来服务。在各种实施例中，收发器234和/或换能器 264(例如，及其组成部分换能器元件)的操作可以由协同控制器222控制，这与本文所述的发射器230和/或接收器232的控制类似。通常，收发器234和/或换能器264可以被配置为产生适于减少或消除对多通道换能器250的操作的干扰(例如，通过使用实质上不同的发射频率、定时和/或形状、和/或通过将声束对准基本上无干扰的方向)的声束。在替代实施例中，收发器234和/或换能器264可以被配置为生成测距信号波束，其在多通道换能器250中产生测距回波信号，这与发射器230和发射器通道260 的操作类似，但是相对于多通道换能器250形成倾斜角度。在该实施例中，倾斜的测距回波信号可用于生成声呐或雷达(例如，测距)图像，其增加了由换能器组件210声透射/辐射的目标之间的空间差异和/或对比度。

换能器组件210可以包括温度传感器266(可以是数字和/或模拟温度计)、声音单元、和/或被配置为测量发射表面212附近的温度并向信号调节器236和/或协同控制器222提供相应的传感器信号的其他模拟或数字设备。例如，介质(例如，空气或水)中的信号速度和/或衰减、和/或换能效率可以至少部分地取决于温度，因此测得的温度可以用于确定由换能器组件210测得的空间位移(例如，深度、目标尺寸和/或其他空间位移)和 /或目标的密度的精确测量值。信号调节器236可以是模数转换器(ADC)、滤波器、信号调节元件、放大器、定时电路，逻辑设备、和/或被配置为接收来自温度传感器266的传感器信号，对其进行滤波、放大、线性化和/或以其他方式调节传感器信号，并将调节后的传感器信号提供给协同控制器 222的其他数字和/或模拟电子设备中的一个或多个。在一些实施例中，信号调节器236可以被配置为向水温传感器266提供参考信号和/或其他控制信号，以使得能够进行例如特定类型的水温传感器的操作，并且信号调节器236可以由协同控制器222控制。

在图2A中，多通道换能器250、换能器262和/或温度传感器266中的每一个都通过导线218和屏蔽件219耦合到它们的电子设备。在各种实施例中，导线218和/或屏蔽件219可以实现为一个或多个屏蔽传输线，其被配置为在各个元件之间传送模拟和/或数字信号，同时屏蔽换能器和/或温度传感器使其免受彼此的、换能器组件210的其他元件和/或外部源的电磁干扰的影响。在一些实施例中，导线218和屏蔽件219可以集成在一起以形成传输系统。例如，屏蔽件219可以被配置为向导线218传送的信号提供接地平面/返回。在一个实施例中，例如，导线218可以实现为具有多个电隔离的导电迹线(例如，每个通道/传感器都有一个导电迹线)的第一导电带，并且屏蔽件219可以实现为第二导电带，该第二导电带具有一个或多个相对较宽的导电迹线，该导电迹线电耦合至多通道换能器250、换能器264和/或水温传感器266的多个通道。

如图所示，换能器组件210可以用系统方位/位置传感器240来实现。方位/位置传感器240可以实现为方位传感器、GNSS传感器、差分GNSS 传感器、方位/位置参考换能器和/或光学传感器(例如，用于致动器的)、和/或被配置为测量换能器组件210和/或多通道换能器250的相对和/或绝对方位和/或位置，并将该测量结果提供给控制器220和/或协同控制器222 的其他传感器中的一个或多个。在一些实施例中，控制器220和/或协同控制器222可以被配置为根据这样的测量值和/或耦合的移动结构的方位和/ 或位置的测量值来组合测距数据和/或图像，以产生组合的测距数据和/或图像，举例来说，例如，多个共同注册的测距图像和/或三维测距图像。在其他实施例中，控制器220和/或协同控制器222可以被配置为使用换能器组件210和/或耦合的移动结构的方位和/或位置测量值来控制一个或多个致动器(例如，其他设备280)，以调节换能器组件210的位置和/或方向，并使用换能器组件210和/或多通道换能器250来对特定的位置和/或方向进行声透射/辐射。

其他设备280可以包括其他和/或附加的传感器、传感器阵列、致动器、逻辑设备、通信模块/节点、配电组件、和/或用于提供例如附加的环境信息和/或配置参数和/或调整换能器组件210的位置和/或方位的用户接口设备。在一些实施例中，其他设备280可以包括可见光照相机、红外照相机、和 /或提供测量值和/或其他传感器信号的其他环境传感器，可以将该测量值和/或其他传感器信号显示给用户和/或由换能器组件210的其他设备(例如，控制器220)使用以提供对换能器组件210的操作控制。在一些实施例中，其他设备280可以包括适于响应于一个或多个控制信号(例如，控制器220提供的控制信号)来调整换能器组件210、多通道换能器250和/ 或换能器264相对于其耦合的移动结构的方位(例如，翻滚、俯仰和/或偏航)和/或位置(纵向，横向和/或垂直)的一个或多个致动器。在其他实施例中，其他设备280可以包括适于将壳体211耦合至移动结构的一个或多个托架(例如，横梁托架)。

在各种实施例中，换能器组件210可以在具有单个接口(例如，I/O电缆214)的单个壳体211中实现，以简化安装和使用。例如，I/O电缆214 可以实现为以太网供电(POE)电缆，其支持换能器组件210与耦合的移动结构的元件之间的信息和功率的传输。可以通过导线216将该信息和/或功率传送到电源215和/或控制器220。电源215可以实现为功率调节器、线路滤波器、开关电源、DC-DC转换器、电压调节器、功率存储设备(例如，电池)和/或被配置为通过导线216接收功率和/或将功率分配给换能器组件210的各种其他元件的其他电源设备中的一个或多个。

在包括声呐、雷达和/或其他基于传输信号的传感器系统的各种传感器应用中，能够控制传输信号的整体形状(例如，信号突发)可能是有利的。从处理的角度来看，对传输信号进行整形可以减少通常沿着传感器系统的范围方向出现的伪像的数量和大小，从而提高所得图像和附带处理的质量和准确性，例如减少错误的目标检测。从功率放大器设计的角度来看，整形可以减少瞬态现象以及与组件饱和相关的问题。从电磁兼容性(EMC) 的角度来看，整形可以减少谐波和相关的寄生干扰。诸如脉宽调制(PWM) 或脉冲密度调制(PDM)之类的开关方法需要昂贵的快速开关组件，这些组件会引入有害的谐波并导致传感器系统的操作中的性能下降。

图2B示出了根据本公开的实施例的被配置为在无需快速切换组件的情况下实现对传输信号的整形的数字化控制方法的测距信号发射器230的示意图。在图2B所示的实施例中，系统201包括协同控制器222，其被配置为通过导线281将数字整形控制信号提供给发射器230，并通过导线282 将传输控制信号提供给发射器230，发射器230又被配置为通过导线218a- b将整形的传输信号提供给负载260。

如图2B所示，发射器230可以用由协同控制器222通过DAC 284操作的整形电路286(例如，射极跟随器类型的电路)来实现。这种布置以数字方式控制参考电压(例如，由电源291通过导线292提供的参考电压) 的比例，其中通过导线293将该参考电压提供给功率放大器290，并从而对传输信号(例如，对应于由协同控制器222通过导线282提供的传输控制信号)进行整形。

例如，在一般操作中，协同控制器222可以被配置为向发射器230提供两个数字控制信号：通过导线281提供的数字整形控制信号和通过导线 282提供的传输控制信号。导线281可以将数字整形控制信号提供给发射器230的DAC 284，并且DAC 284可以被配置为将数字整形控制信号转换为相应的模拟整形控制信号，通过导线285将该模拟整形控制信号提供给整形电路286。整形电路286可以配置为将参考电压(例如，功率放大器290的电源291提供的参考电压)转换为对应于例如模拟整形控制信号的整形电压，并且可以通过导线293将整形电压提供给功率放大器290。功率放大器290可以被配置为将整形电压转换为与协同控制器222提供的数字整形控制信号和传输控制信号相对应的整形传输信号。如图所示，功率放大器290还可以被配置为通过导线218a-b将整形传输信号提供给负载260。

DAC 284可以用逻辑设备、滤波器、放大器、定时电路、和/或被配置为将数字整形控制信号转换为相应的模拟整形控制信号并将模拟整形控制信号提供给整形电路286的其他数字和/或模拟电子设备中的一个或多个来实现。在一些实施例中，DAC 284可以被配置为直接使用数字整形控制信号来对一个或多个电容器充电，然后将其可控地放电以便将数字整形控制信号转换为相应的模拟整形控制信号，而无需依赖于协同控制器222 和DAC284之间的数字接口。

整形电路286可以用晶体管、滤波器布置、放大器布置、和/或被配置为接收模拟整形控制信号、将参考电压转换为相应的整形电压并将整形电压提供给功率放大器290的其他数字和/或模拟电子设备中的一个或多个来实现。在一个实施例中，整形电路286可以被配置为提供电流增益和/或用作用于模拟整形控制信号的模拟电流放大器。例如，整形电路286可以用如图所示的布置在射极跟随器和/或电压缓冲电路中的一个或多个双极结型晶体管(BJT)来实现。在一些实施例中，整形电路286可以包括具有耦合的发射极和基极的NPNBJT 287a和PNP BJT 287b，其中基极被耦合为接收模拟整形控制信号，一个集电极耦合到参考电压，并且另一个集电极耦合到地。

功率放大器290可以用电源、变压器、晶体管和/或被配置为从整形电路286接收整形电压并将该整形电压转换为相应的整形传输信号的其他数字和/或模拟电子设备中的一个或多个来实现。在一些实施例中，功率放大器290可以用被配置为向整形电路286提供参考电压和足够的背向电流的电源291来实现，以便使用由如本文所述的整形电路286提供的整形电压生成穿过引线218a-b的整形传输信号。

在一个实施例中，功率放大器290可以包括变压器294和电流开关 297a-b，它们均被配置为将通过导线293提供的整形电压和通过导线282 提供的传输控制信号转换为相应的整形传输信号。在这样的实施例中，变压器294可以用耦合到整形电压和电流开关297a-b的初级绕组和耦合到导线218a-b的次级绕组来实现。例如，初级绕组和次级绕组可以具有相同或不同数量的绕组，并且绕组的数量可以取决于期望的电流和负载，并且可以被配置为使输送到负载260的功率最大化。初级绕组可以例如是中心抽头的，或者可以是偏心抽头的以调谐发射器230以使输送到负载260的功率最大化，并且抽头可以如图所示的耦合到整形电压。初级绕组的末端可以耦合到开关297a-b，这可以由协同控制器222使用通过导线282提供的传输控制信号来控制。

在一个实施例中，传输控制信号可以包括在导线282的不同导体上传输的正信号分量和负信号分量。不同导体可以在节点296处分开，并且每个导体都耦合至电流开关297a-b的控制导线。在一些实施例中，电流开关 297a-b可以由例如一个或多个MOSFET(例如，一个或多个N沟道电感沟道MOSFET)实现，并且控导线可以对应于MOSFET的栅极。在各种实施例中，电流开关297a-b中任意一个的控制导线处的正电压导致第一电流以从抽头到顶端或底端的方式经过变压器294的初级绕组，然后接地，并且如图所示和所述的，第一电流的量至少部分地由整形电路286提供的整形电压确定。第一电流在次级绕组中感应出第二电流，第二电流又在负载 260两端产生相应的第二电压。第二电流和电压的量和极性至少部分地由第一电流的量和极性确定，而第一电流的量和极性又由整形电压和电流开关297a-b中的一个的操作确定。因此，当将整形电压和传输控制信号提供给功率放大器290时，功率放大器290将整形电压转换为与协同控制器222 提供的数字整形控制信号和传输控制信号相对应的整形传输信号。

图3示出了根据本公开的实施例的测距系统300的示意图。在图3所示的实施例中，测距系统300实现为雷达系统，该雷达系统包括雷达组件310、壳体311以及通过屏蔽件319而屏蔽系统控制器320和OPS 190的多通道换能器364(例如，多通道雷达天线)，上述元件分别对应于和/或可以以类似于图2的换能器组件210、壳体211、多通道换能器250、控制器220、OPS 190和屏蔽件219来实现。还示出了感测平台314、平台致动器 316和换能器角度传感器317，平台致动器316被配置为使多通道换能器 364、屏蔽件319、控制器320和OPS 190绕轴313旋转，并且换能器角度传感器317被配置为测量多通道换能器364的方位和壳体311的纵轴(例如，以图3所示的方位垂直穿过感测表面的垂直线)之间的角度。在各种实施例中，OPS 190可以被配置为当感测平台314在壳体311内旋转时确定测距系统300的方位和/或位置。

在一些实施例中，换能器角度传感器317可以被配置为例如监视平台致动器316的位置，并且通过监视的位置得出测量的角度。在其他实施例中，换能器角度传感器317可以被配置为检测与多通道换能器364的相对于壳体311的纵轴的已知方向相对应的在一个或多个分度柱312上的通过。控制器320可以被配置为当换能器角度传感器317通过合适的分度柱312 上方时接收与特定的已知相对方位相对应的测量角度。

一般而言，图2A和图3的换能器组件210和310用于实现各种不同类型的测距系统，例如包括声呐、雷达和激光雷达系统，和/或可受益于使用多通道换能器(例如，多通道测距发射器和/或传感器/接收器阵列)来对对象/目标进行测距的其他测距系统。如本文所述，结合常规的二维多通道换能器的测距系统能够提供二维波束转向，这可以便于相对快速的对环境进行二维和三维测距/成像，但是这样的系统通常需要支持用于二维多通道换能器的每个元件的接收或发射器通道的处理和电路，这可能相对昂贵并且制造和操作可靠性方面很复杂。

设计用于测距系统中的波束成形/电动转向的多通道换能器通常以换能器元件彼此间隔开最多约为换能器元件发射的主要或平均载波频率的波长的一半(例如，多通道换能器和/或相关的测距系统的工作波长)的方式来实现。这样的间隔确保了在可用电动转向角的期望范围内不会产生光栅波瓣(也称为次级衍射波束和混叠波束)。如果简单地从多通道换能器中去除元件，则元件之间的间隔可能接近或超过整个工作波长，这会向测距系统的回波中引入光栅波瓣和相关干扰，这对测距系统的总体性能有害。当测距传感器回波信号包括此类光栅波瓣时，可能会在光栅波瓣内检测到不期望的目标，并将其解释为来自主转向波束的方向。光栅波瓣也可能拾取噪声和混响以及其他信号干扰，从而降低了波束成形测距系统的信噪比。

如本文详细讨论的，与常规的全二维阵列相比，本公开的实施例包括具有多通道换能器的测距系统，为了减少通道的总数，该多通道换能器以换能器元件的交错布置的方式实现。用于发射器和接收器换能器的换能器元件布置可以是不同的，并且其被配置为与相应的光栅波瓣的角位置不匹配(例如，由交错布置产生的)，以使得有效的组合测距回波信号不包括光栅波瓣和/或光栅波瓣的相关有害影响。因此，交错布置抑制或消除了光栅波瓣，同时减少了在测距系统多通道换能器中使用的通道数量，这有助于降低整个测距系统的制造成本和复杂性。

图4A-B分别示出了表1和表2，表1和表2示出了根据本公开的实施例的与用于测距系统的多通道换能器的不同换能器元件布置相关的模拟的方向性响应。两个表的前四列包括表示在第四列(表1)或第四列和第五列(表2)中描述的相应换能器元件布置的空间辐射分布(例如，发射和/或接收的信号能量分布)的强度图，并根据相应列标题中标识的水平和垂直角度进行电动转向控制。

表1和表2中每个强度图中的阴影表示作为相对于相应换能器元件布置的方位的水平和垂直角度的函数的响应强度的变化。每个强度图的水平和垂直轴与其相应的换能器元件布置表示的水平和垂直轴对齐。表1示出了发射器或接收器换能器元件布置的方向性响应，并且表2示出了由相应的发射器和接收器换能器元件布置的方向性响应的组合产生的组合或有效的方向性响应。

表1和表2中模拟的换能器元件布置服从于以下参数(工作波长的尺寸)：元件宽度＝0.4，元件高度＝0.5，元件之间的默认中心间距(水平和垂直)＝0.5，障板响应在±50°时为-3dB，在±90°时为-20dB。方向465对应于每个换能器元件布置的纵轴(例如，长轴)，而方向445对应于每个换能器元件布置的横轴(例如，垂直于纵轴465的短轴)。每个换能器元件布置例如可以是平面的，或者可以相对于换能器元件布置的中心沿其纵轴和/或横轴对称地弯曲。

图4A的表1的行(a)示出了换能器元件的常规的紧密堆叠(例如，间隔等于或小于大约0.5个工作波长)的线性阵列的方向性响应。如(a) 行的最后一列所示，换能器元件布置可以被配置为发射器或接收器。在该示例中，对应于8个通道的8个换能器元件被布置并且沿着换能器元件布置的纵向方向465对准。相应的方向性响应表明，具有单线性行的换能器元件的换能器元件布置可以在平行于其纵轴的平面中提供0度、30度和60 度的波束转向(例如，尽管转向60度时会出现新的光栅波瓣)，但不提供超出该平面的波束转向。

为了简单起见，将在平行于换能器元件阵列的纵轴并垂直于其发射表面的平面内的波束转向称为水平波束转向(例如，对应于方向465)，而将在垂直于水平转向平面和发射表面的平面中的波束转向称为垂直波束转向(例如，对应于方向445)。

图4A的表1的行(b)示出了可以被配置为提供垂直辨别/转向的换能器元件的常规二维线性阵列的方向性响应。换能器元件布置可以被配置为发射器或接收器。在此示例中，对应于16个通道的16个换能器元件在沿纵向465的两个平行的行中排列并对齐。如行(b)的第4列所示，相应的方向性响应表明，具有两个水平行的换能器元件的换能器元件布置可以提供0度、30度和60度的相对局部/窄的水平波束转向和20度的垂直波束转向(例如，尽管当转向水平60度或垂直20度时会出现新的光栅波瓣)。

图4A的表1的行(c)示出了横向交错的换能器元件布置的方向性响应，该布置大致对应于行(b)的常规二维线性阵列，但是去除了8个换能器元件。横向交错的换能器元件布置可以被配置为发射器或接收器。在该示例中，对应于8个通道的8个换能器元件沿着纵向方向465以横向交错和/或双向对称的模式布置。特别地，从阵列的左侧算起，第二、第四、第五和第七元件沿横向方向445与第一、第三、第六和第八元件偏离。

在该示例中，横向交错的换能器元件布置中的每个最近偏移的换能器元件的横向偏移距离大约是一个换能器元件的横向高度，或者大约是0.5 个工作波长。在其他实施例中，如本文进一步所述，可以基于特定应用来使用各种偏移距离以优化响应质量。通常，该偏移距离可以在大约0.2和 1.5个工作波长之间或更大，包括0.25或0.5个工作波长，并且在一些实施例中，该偏移距离可以在特定换能器元件布置的长度或宽度上变化。在特定实施例中，与行(c)中的布置相似，横向交错的换能器元件布置可以是两侧对称的，以使得换能器元件布置的第一连续的一半换能器元件的横向交错图案被换能器元件布置的第二且分离的连续的一半换能器元件镜像。

相应的方向性响应表明，横向交错的换能器元件布置可以提供0度、 30度和60度的水平波束转向和20度的垂直波束转向，但是会受到相对严重的光栅波瓣影响。表1的行(c)中所示的横向交错的换能器元件布置的优点在于，其使用的元件数量是表1的行(b)中的常规二维线性阵列的一半，从而降低了制造复杂性和成本。此外，横向交错的换能器元件布置提供与表1的行(b)中的常规二维线性阵列所提供的类似的水平和垂直波束转向(例如，用于其主波束)，同时使用与表1的行(a)中的常规一维线性阵列数量相同的元件，其中，表1的行(a)中的常规一维线性阵列没有垂直辨别/波束转向。沿行(c)的横向交错的换能器元件布置的纵轴的有效元件间隔与行(a)和行(b)的线性阵列的有效元件间隔相同，因此将避免在水平面中产生光栅波瓣。然而，如从相应的方向性响应中显而易见的那样，行(c)的横向交错的换能器元件布置本身遭受相对严重的平面外的光栅波瓣伪影。

图4A的表1的行(d)示出了纵向交错的换能器元件布置的方向性响应，该布置大致对应于行(a)的常规一维线性阵列，但是去除了4个换能器元件，从而导致换能器元件的线性阵列在纵向方向465上的间隔较宽。在该示例中，对应于4个通道的4个接收器元件沿着纵向方向465以纵向交错和/或双向对称的图案布置。特别地，纵向交错的换能器元件布置的换能器元件在纵向上间隔开大约整个工作波长。纵向相邻的换能器元件之间的这种纵向间隔可以例如在大约1至5个工作波长范围内或更大，并且在纵向交错的换能器元件布置上可以是恒定的或可变的。相应的方向性响应表明，纵向交错的换能器元件布置会产生针对0度、30度和60度水平波束转向的大量光栅波瓣，并且无法提供垂直波束转向。

如上所述，表2示出了由相应的发射器和接收器换能器元件布置的方向性响应的组合所产生的组合的或有效的方向性响应。如表2所示，接收器元件以实心/充满的正方形表示，发射器元件以空白正方形表示，而组合元件(连线为/配置为既充当发射器又充当接收器的换能器元件)以阴影线正方形表示。为产生表2的方向性响应，将特定换能器元件布置的发射器和接收器阵列转向到相同的方向上，因此对相同的期望的体积进行声透射 /辐射和询问(例如，如本文所述，这可以有利地用于避免不需要的目标和噪声)。

图4B的表2的行(a)示出了发射器和接收器元件的二维线性阵列的组合方向性响应。如行(a)的第5列所示，发射器和接收器元件的阵列可以在沿纵向方向465排列的两个单独的二维线性阵列中布置(例如，总共 32个元件)，或者如行(a)的第6列所述，在沿纵向方向465排列的等效响应的单个组合二维线性阵列中布置(例如，总共16个元件)，每个阵列可以对应于总共32个独立的发射器和接收器通道或至少16个组合的发射器和接收器通道。相应的组合方向性响应表明，行(a)的换能器元件布置可提供0度、30度和60度的相对局部/窄的水平波束转向和20度的垂直波束转向，且光栅波瓣最少或没有光栅波瓣(例如，与表1(b)相比较而言)。

表2的行(b)示出了更简单因此更便宜的换能器元件布置的组合方向性响应，该布置包括一维线性发射器阵列和二维线性接收器阵列。发射器阵列用于对相对较宽的体积进行声透射/辐射，然后由接收器阵列对该体积进行询问以定位目标。如行(b)的第5列所示，发射器和接收器元件的阵列可以在沿纵向方向465排列的单独的阵列中布置(例如，总共24个元件)，或者如行(b)的第6列所示，沿纵向方向465排列的等效响应的单个组合二维线性阵列中布置(例如，总共16个元件)，每个阵列对应于总共24个单独的发射器和接收器通道或至少16个组合的发射器和接收器通道。相应的组合方向性响应表明，行(b)的换能器元件布置可提供0度、 30度和60度的局部/窄的水平波束转向和20度的垂直波束转向，且光栅波瓣最少，这与行(a)的结果非常相似，但可能具有更少的发射器通道。

行(a)和行(b)的换能器元件布置都可以具有以下优点：能够同时询问声透射/辐射的体积内的多个方向，从而能够检测体积内的目标和/或由单个传输生成3D场景。两种布置都展现出良好的(例如，窄的、局部的)波束形状，并且有效地没有光束伪影。

表2行(c)示出了可用于对体积进行声透射/辐射和讯问的横向交错的换能器元件布置的组合方向性响应。如行(c)的第5列所示，发射器元件和接收器元件可以沿纵向方向465以横向交错的双向对称图案、沿横向方向445交错地布置，以使得发射器元件和接收器元件形成交织的图案。特别地，第一行在纵向方向465上从左到右包括发射器元件、接收器元件、发射器元件、两个接收器元件、发射器元件、接收器元件和发射器元件。第二水平行在纵向方向465上从左到右包括接收器元件、发射器元件、接收器元件、两个发射器元件、接收器元件、发射器元件和接收器元件。因此，某些接收器元件在横向方向445上与其他接收器元件偏离，并且某些发射器元件在横向方向445上与其他发射器元件偏离。在该分离的发射器和接收器阵列实施例中，8个接收器元件对应于8个通道并且8个发射器元件对应于8个通道，总共16个发射器和接收器通道，这比行(a)或行 (b)的单独的发射器和接收器实施例的总通道要少。

行(c)的第6列示出了利用组合的发射器和接收器元件的等效响应的换能器元件布置。特别地，组合的发射器和接收器元件可以以在横向方向 445中交错的横向交错的双向对称图案沿着纵向方向465布置。与表1行 (c)的换能器元件布置类似，从左到右，第二、第四、第五和第七组合元件在横向方向445上相对于第一、第三、第六和第八组合元件偏移。8个组合元件对应于8个组合的发射器和接收器通道，这比行(a)或行(b) 的组合的发射器和接收器实施例的总通道要少。

行(c)中的横向交错的换能器元件布置具有与行(a)中的换能器元件布置相似的优点，这是因为其可以水平和垂直地转向发射器阵列和接收器阵列，但是如相应的组合方向性响应所示，其具有在主波瓣之外产生光栅波瓣伪像的缺点。

表2的行(d)示出了与一维线性发射器阵列组合的、横向交错的接收器换能器元件布置的组合方向性响应。如行(d)的第5列所示，一行发射器元件沿纵向方向465对齐，并且一组分离的接收器元件以横向交错的图案布置，以使得某些接收器元件与其他接收器元件在横向方向445上偏移。在该示例中，8个发射器元件对应于8个发射器通道，并且8个接收器元件对应于8个通道，总共有16个分离的发射器通道和接收器通道。

行(d)的第6列示出了具有组合的发射器和接收器元件的等效响应的横向交错的换能器元件布置。特别地，在纵向方向465上从左到右，在第一位置处布置了组合的发射器和接收器元件，在第二位置处布置了发射器元件，其中接收器元件与发射器元件横向偏移，在第三位置处布置了组合的发射器和接收器元件，在第四位置处布置了发射器元件，其中接收器元件与发射器元件横向偏移，在第五位置处布置了发射器元件，其中接收器元件与发射器元件横向偏移，在第六位置处布置了组合的发射器和接收器元件，在第七位置处布置了发射器元件，其中接收器元件与发射器元件横向偏移，并且在第八位置处布置了组合的发射器和接收器元件。因此，仅接收器元件与形成组合的发射器和接收器元件的其他接收器元件横向偏移。如图所示，总共12个发射器、接收器以及组合的发射器和接收器元件对应于总共12个发射器、接收器以及组合的发射器和接收器通道。

表2的行(d)所示的混合换能器元件布置包括横向交错的换能器元件布置和一维线性换能器阵列的特征，如图所示，通过组合线性发射器元件和交错的接收器元件(例如，横向交错的换能器布置)，其可起到减少或抑制表2(c)中某些明显的光栅波瓣的作用。该换能器元件布置产生的方向性响应与表1行(b)中的换能器元件布置产生的方向性响应相似，但如果在单独的发射器和接收器元件布置中实现，则它需要一半数量的发射器元件/通道和一半数量的接收器元件/通道，或者如果用组合的发射器和接收器元件布置实现的话，则少于元件/通道总数的三分之一。因此，如相应的组合方向性响应所示，与表2的行(a)和行(b)中所示的完全填充的阵列相比，最终结果具有良好的优势，它们具有相似的主瓣形状和大小，并且基本上抑制和/或去除了平面外的光栅波瓣伪影。如在行(d)中所见，通过实施例可能会看到旁瓣灵敏度略有增加，与完全填充的阵列相比，这可能会增加主波束外的拾取，但是这些旁瓣中的灵敏度要比主瓣中的灵敏度低得多(例如，低至主瓣的1/10)，因此通常可以忽略不计。

表2的行(e)示出了与一维线性发射器阵列组合的纵向交错的接收器换能器元件布置的组合方向性响应。如行(e)的第5列所示，第一行的接收器元件被布置在换能器元件的线性阵列中，该接收器元件沿着纵向方向 465以纵向交错和/或双向对称的图案宽间隔地布置，并且第二行的发射器元件沿纵向方向465以一维阵列布置。在该示例中，4个接收器元件对应于4个通道，并且8个发射器元件对应于8个通道，总共12个通道。表2 中未提供等效响应的组合的发射器/接收器的实施例，但是在一些实施例中，可以将发射器元件和接收器元件进行组合，以产生具有相似的方向性响应特性的发射器元件布置，并且该发射器元件布置使用总共8个通道，其中的4个通道是组合的发射器通道和接收器通道。表2的行(e)所示的混合式换能器元件布置同时具有纵向交错的换能器元件布置和一维线性换能器阵列的特征，其方向性响应与行(d)的换能器元件布置的方向性响应相似，可能具有更少的换能器元件和通道，但它不提供垂直辨别/波束转向。

采用用于多通道换能器的组装减少的和/或纵向/横向交错的换能器元件布置(例如以上参考表1和2所述的那些布置)的测距系统可以被配置为通过单次传输生成对应于声透射/辐射的体积的瞬时2D和/或3D测距数据。这是可能的，这是因为实施例提供了可电动转向的多通道换能器，并且与需要包含大量发射器、接收器以及相关的调节和处理电路的完整的二维形式的传统的完全组装的、间隔和/或以其他方式布置的阵列相比，实施例有利地为此类部件提供了减少的系统部件。类似的技术和结构可以与各种不同类型的测距系统(包括声纳、雷达、激光雷达和/或其他测距系统) 一起使用。

关于换能器元件的位置和间距，对于具有单个电动转向方向的平面阵列来说，可以根据以下公式计算次级衍射(光栅波瓣)的位置：

其中，“间距(spacing)”是阵列内元件中心之间的距离，并且其中“n”是次级衍射数(其中，n＝0表示主瓣/主要瓣)。

与发射器换能器元件布置相比，通过为接收器换能器元件布置选择不同的元件间距，可以定位次级衍射，以使得它们不重叠并且因此相对衰减。例如，当将元件间距设置为工作波长的一半时，除非转向角为±90°，否则就没有次级衍射，在这种情况下，如表1(a)的方向性响应所示，次级衍射发生在±90°处。

可以选择类似于表1(a)的换能器元件布置作为发射器换能器元件布置，这是因为如表1(a)所示，不会具有次级衍射，因此基本上所有发射功率都将集中在主瓣上。因此，接收器元件可以具有更宽的间距；可以将为表1行(d)的换能器元件布置选择的间距设置为在将通道数量减半的同时保持特定的多通道换能器长度。将这两个换件器元件布置的组合结果可以在表2的行(e)中看到，并且可以与表2行(b)中的完全填充等效结果进行比较。表2(e)的换能器元件布置的方向性响应相比较而言是良好的，其具有相似的主瓣形状和大小，并抑制了不需要的次级衍射(例如，与表1(d)相比)，旁瓣级别略有增加，但是换能器元件和/或通道的总数减少，并且相应换能器组件的成本和复杂性降低。

对于混合换能器元件布置的相对间距的选择来说，如果将各自产生次级衍射的两个不同的换能器元件布置进行组合以形成单个多通道换能器，则通常来说相对间距不应是彼此的整数倍，这是因为该间距将导致它们的次级衍射相互重叠并相互增强。例如，假设混合换能器元件布置包括第一和第二换能器元件布置，其中第一换能器元件布置的元件间距是第二换能器元件布置的元件间距的两倍。(相对)纵向交错的换能器元件布置的第二次级衍射将覆盖另一换能器元件布置的第一次级衍射，在这种情况下，两个次级衍射将不被衰减。

在实现为雷达系统(例如，图3的系统300)的测距系统中，类似于以上所述的横向交错的换能器元件布置可以在主平面(例如，方位角)和次平面(例如，仰角)中提供良好的角度精度/辨别/波束转向，并且如本文所述，从而提供二维波束成形，同时减少了实现相应的多通道换能器所需的换能器元件和/或通道的总数。图5A-5C示出了根据本公开实施例的具有各种换能器元件布置的多通道换能器。

传统上，为了执行二维波束成形，如图5A所示，使用常规二维阵列 510的换能器元件515。高分辨率二维波束成形传统上需要大量的换能器元件515，并且由于每个换能器元件515是单独访问的，因此还需要复杂的电子电路和大量的处理能力。利用这种常规系统，即使在一个维度上(例如，通常在仰角上)对波束进行成形也需要在该维度上的许多换能器元件，这不合需要地增加了系统成本。

此外，如本文所述，要在任何平面上执行波束成形而又不产生光栅波瓣，通常需要在平面尺寸上的相邻换能器元件之间的间距小于工作波长的一小部分(例如，通常小于0.5的工作波长到1个工作波长之间)。由于这些间距的限制，通常使用单个辐射元件。由于传统上需要大量的换能器元件，因此这也对相关的电子电路施加了约束并且需要大量的处理能力。

如图5B所示，本公开的实施例通过使用具有在垂直于多通道换能器 520的纵轴(例如，对应于方向565)的平面中偏移(例如，交错)的换能器元件515的交错的多通道换能器520，基本上消除了这些传统约束。例如，在多通道换能器520中，换能器元件515在垂直于纵向方向565的横向方向545上在大体上包围换能器元件515的平面内彼此偏移。特别的，在纵向方向565上从左到右，第二、第四、第五和第七换能器元件515在横向方向545上相对于第一、第三、第六和第八换能器元件515相对偏移，这与在图4A-B的表1和表2中描绘的横向交错的换能器元件布置类似。 8个换能器元件515对应于8个不同的通道。横向偏移距离575可以大约是换能器元件515的高度/直径的一半。在各种实施例中，例如，可以根据平面换能器元件布置或弯曲的换能器元件布置、一个或多个平面换能器元件布置(每个换能器元件根据不同的平面布置)、和/或多通道换能器520的其他一般形状或表面，形成多通道换能器520。

如本文所述，多通道换能器520的横向交错的换能器元件布置允许测距系统采用多通道换能器520执行二维波束成形。与利用完全填充的二维多通道换能器的测距系统相比，交错的多通道换能器520的优点可以包括元件的数量减少，从而简化了电子和信号处理的要求，同时很大程度上保留了沿纵向方向545(例如，通常对应于方位角)的波束转向精度。同时，沿横向方向545(例如，通常对应于仰角)分辨目标的角位置的能力有巨大的益处。因为换能器元件515基本上以线性阵列布置，所以对于给定总数量的阵列元件515来说，多通道换能器520的交错换能器元件布置还提供较窄的束宽和更高的角精度。同样的，元件515的总数相对较少使电子设备的数量较少，并且大大降低了操作包含交错多通道换能器520的测距系统所需的处理能力。

在一些实施例中，如图5C中更详细地示出的，可以将交错的多通道换能器520的各个换能器元件扩展为包括多个交错的子阵列。例如，图5C 的交错的多通道换能器521包括交错子阵列525，其可以被配置为提供相对大的增益(例如，通过提供额外的换能器表面区域)和/或特定的波束形状。通常，特定子阵列525内的换能器元件515例如可以直接彼此电耦合，或者可以通过如本文所述的增益、衰减器、相移和/或其他发射器或接收器电路元件中的一个或多个彼此电耦合。然而，如本文所述，每个子阵列525 仅对应于单个发射器或接收器通道，因此可以实现由子阵列525提供的增加的增益和/或特定的波束形状，而不会显著增加所得的测距系统的复杂性和/或成本(特别是涉及波束成形处理时)。

使用具有这些相对较大的子阵列525的传统二维阵列执行二维波束成形，会在子阵列平面中将它们以多个工作波长的间距分开放置，从而导致严重的光栅波瓣和在该平面中检测到的目标的角度位置模糊不清。然而，通过使子阵列525交错，可以基本上减少或抑制这样的负面伪像。如图5C 所示，沿纵向方向565从左到右，子阵列525的第二、第四、第五和第七列与子阵列525的第一、第三、第六和第八列沿横向方向545相对偏移。子阵列525的8列可以对应于8个不同的通道。横向偏移距离可以例如大约是换能器元件515的高度的一半、和/或可以在大约0.2个和1.5个工作波长之间的范围内或者更大。

在各种实施例中，多通道换能器520和/或521可以包括横向交错的换能器元件布置、纵向交错的换能器元件布置、混合换能器元件布置、和/或包括参照图4A-B的表1和2描述的所有此类布置的其他换能器元件布置。更一般地，多通道换能器、换能器元件布置、子阵列和/或其他结构中的任何一个可以与任何类型的测距系统和/或用于测距系统(包括图1A-3的测距系统100、101、200、201和/或300)的发射器或接收器换能器一起使用或组合使用。

尽管图4A-5C中的每一个都示出了单独的换能器元件的形状看起来大致为正方形或矩形，但是该换能器元件的其他形状(包括圆形、椭圆形、三角形和/或其他对称、不对称、双对称或以其他空间分布和/或定向的形状) 都是可以考虑的。

图6示出了根据本公开的实施例的使用交错多通道换能器生成测距数据和/或图像的过程600的流程图。在一些实施例中，图6的操作可以实现为由与图1A至5C所示的相应的电子设备、传感器和/或结构相关联的一个或多个逻辑设备执行的软件指令。更一般地，可以利用软件指令和/或电子硬件(例如，电感器、电容器、放大器、致动器或其他模拟和/或数字部件)的任何组合来实现图6的操作。

应当理解，可以以与图6所示的实施例不同的顺序或布置来执行过程 600的任何步骤、子步骤、子过程或块。例如，在其他实施例中，可以在各个过程中省略一个或多个块，并且可以将一个过程中的块包括在另一过程中。此外，在转到相应过程的后续部分之前，可以将块输入、块输出、各种传感器信号、传感器信息、校准参数和/或其他操作参数存储到一个或多个存储器中。尽管参照系统100、100B、200、201、300和图1A-5C描述了过程600，但是过程600可以由与那些系统不同并且包括对电子设备、传感器、组件、移动结构和/或移动结构属性的不同选择的其他系统执行。

过程600表示根据本公开的实施例的使用系统100、100B、200、201 和/或300提供测距数据和/或图像的方法。在过程600开始时，可以通过预先执行例如与过程600类似的过程来填充各种系统参数，或者可以将各种系统参数初始化为零和/或通过如本文所述的过程600的过去操作而得到的对应于典型的、存储的和/或学习的一个或多个值。

在块602中，逻辑设备发射测距系统信号。例如，换能器组件210的控制器220和/或协同控制器222可以被配置为控制发射器230向多通道换能器250的一个或多个发射器通道260提供成形的或未成形的发射信号，并产生相应的测距系统波束(例如，波束成形的声呐波束或雷达波束)。可以根据图4A-B和/或图5A-C的表1或2中提供的任意换能器元件布置来实现多通道换能器250。在一些实施例中，控制器220和/或协同控制器222 可以被配置为控制收发器234将成形或未成形的发射信号提供给换能器 264并产生相应的测距系统波束。在各种实施例中，换能器组件210可以被配置为使用温度传感器266和/或方位/位置传感器240来基本上同时记录相应的测量值。可以通过电缆214将关于发射的通知和/或其他传感器信息或数据中继到系统100的其他设备。

在块604中，逻辑设备接收测距回波信号。例如，控制器220和/或协同控制器222可以被配置为控制一个或多个接收器232从多通道换能器 250的一个或多个接收器通道262接收测距回波信号，并将接收到的回波信号(例如，数字形式的回波信号)提供给协同控制器222，其中，该多通道换能器250可以实现为例如交错多通道换能器。在其他实施例中，控制器220和/或协同控制器222可以是配置为控制收发器234从换能器264接收回波信号，并将接收到的回波信号(例如，数字形式的回波信号)提供给协同控制器222。在一些实施例中，接收器232和/或收发器234可配置为通过基带信道将回波信号传送给协同控制器222。在其他实施例中，接收器232、收发器234和/或协同控制器222可以被配置为在执行进一步处理之前对回波信号进行抽取。在各种实施例中，换能器组件210可以被配置为使用温度传感器266和/或方位/位置传感器240来基本上同时记录相应的测量值。可以通过电缆214将接收的通知和/或其他传感器信息中继到系统100的其他设备。此外，可能与多通道换能器250的发射器换能器元件布置结合的多通道换能器250的交错接收器换能器元件布置可以允许如本文所述的二维波束成形和/或相关的光栅波瓣的实质减少或抑制。

在块606中，逻辑设备基于在块606中接收到的测距回波信号形成一个或多个回波。例如，控制器220和/或协同控制器222可以被配置为对在块604接收到的测距回波信号执行波束成形、干涉测量和/或波束间插值处理以形成一个或多个回波，该回波可以对应于由测距系统声透射或辐射的体积内的特定角位置。在一些实施例中，例如，可以根据期望的波束数量、期望的波束方位范围和/或其他系统配置参数，对从两个、三个或更多个接收器通道分组的测距回波信号执行该处理。在各个实施例中，控制器220 和/或协同控制器222可以被配置为确定每个声呐回波的波束间角度转换基础，其可以用于确定作为如本文所述的每个回波的角度的函数的准确的回波信号幅度。在一些实施例中，控制器220和/或协同控制器222可以被配置为在存储幅度、波束间角度和/或回波(例如，针对每个样本)的其他特性并进行到块608之前，对回波进行抽取、缩放、滤波和/或其他处理或后处理。可以通过电缆214将关于处理的通知和/或其他传感器信息中继到系统100的其他设备。

在块608中，逻辑设备通过在块606中形成的回波生成测距图像数据。例如，控制器220和/或协同控制器222可以被配置为将各个回波处理(例如，根据其相应的方位角和/或信号幅度)为每个样本的深度/范围(例如，从发射到接收的时间)、位置(例如，回波的方位角)和/或强度(例如，信号幅度)数据。控制器220和/或协同控制器222可以被配置为将这样的数据和/或样本转换为如本文所述的二维和/或三维测距图像和/或显示视图。在一些实施例中，控制器220和/或协同控制器222可以被配置为使用相应记录的温度、方位和/或位置测量值将测距回波信号、样本、数据和/或图像彼此对准和/或对准到一个或多个方向(例如向下)。可以通过电缆214将测距数据、图像、显示视图和/或其他传感器信息中继到系统100的其他设备(例如，用户接口120)。在一些实施例中，换能器组件210可以被配置为通过使用用户接口120向用户显示声呐/雷达数据、图像、显示视图和/或其他传感器信息，例如，如通过用户接口接收用户对期望的显示视图的选择，然后将相应的声呐/雷达/测距数据和/或图像中继到用户接口120。

可以预期，例如，可以根据控制回路的一个或多个操作上下文(例如，启动、学习、运行和/或其他类型的操作上下文)来执行用于提供声呐/雷达数据和/或图像的方法中的任何一种或方法的组合。例如，过程600可以返回到块602，并且如在控制回路中那样，再次进行过程600以产生更新的声呐/雷达数据和/或图像。

过程700表示根据本公开的实施例的用于制造和/或组装交错的多通道换能器的方法。例如，可以根据参考图1A-5C描述的任何系统和元件来形成交错的多通道换能器。在过程700的开始，可以提供用于交错的多通道换能器的各种组件。过程700可以由技术人员，自动组装机或两者执行。

在块702中，提供多通道换能器基板。多通道换能器基板可以包括被配置为支撑一个或多个换能器元件的表面。在块704中，以类似于4A-5C 所示的一个或多个示例，将换能器元件以交错的图案放置在多通道换能器基板上。可以基于特定应用和/或特定测距系统的类型或操作特性来确定换能器元件的相对位置和布置。

在块706中，可以通过粘接、焊接、机械耦合、模制和/或其他物理固定机制将换能器元件固定或耦合到多通道换能器基板。在块708中，可以将电接口提供给每个换能器元件，以便形成交错的多通道换能器。例如，如本文所述，电线可以耦合到每个换能器元件以形成子阵列和/或各种交错的换能器元件布置，并为一个或多个交错的换能器元件的信号传输和接收提供电气连接。

因此，本公开的实施例提供了具有交错的换能器元件布置的交错的多通道换能器，该交错的换能器元件布置改善或提供了增加的测距系统性能，例如，精确的二维或三维测距系统数据和/或图像。该交错的换能器元件布置还减少了生成二维或三维测距系统数据和/或图像所需的换能器元件/通道的数量，这可以使得测距系统换能器组件相对便宜，可靠且紧凑。该实施例可用于提供与雷达系统、声纳系统、激光雷达系统和其他测距系统相关的各种测距系统功能，以协助导航和/或绘制移动结构的地图和/或协助与移动结构耦合的其他系统、设备和/或传感器的操作。

在适用的情况下，可以使用硬件、软件或硬件和软件的组合来实现本公开提供的各种实施例。同样在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将本文提出的各种硬件组件和/或软件组件组合成包括软件、硬件和/或两者的复合组件。在适用的情况下，在不脱离本公开的精神的情况下，可以将本文提出的各种硬件组件和/或软件组件分为包括软件、硬件或两者的子组件。另外，在适用的情况下，可以预期的是，软件部件可以实现为硬件部件，反之亦然。

可以将根据本公开的软件(例如非暂时性指令，程序代码和/或数据) 存储在一个或多个非暂时性机器可读介质上。还可以预期的是，可以使用联网的和/或其他方式的一个或多个通用或专用计算机和/或计算机系统来实现本文中标识的软件。在适用的情况下，可以更改本文描述的各个步骤的顺序，可以将各个步骤组合为复合步骤和/或分为子步骤以提供本文描述的特征。

上述实施例是举例说明的而不是限制本实用新型。还应该理解，根据本实用新型的原理，可以进行多种修改和变化。因此，本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。

Claims (12)

1.一种测距系统，所述测距系统包括：

换能器组件；和

多通道换能器，所述多通道换能器耦合到所述换能器组件或耦合在所述换能器组件内，并被配置为发射测距波束和/或接收测距回波信号，其特征在于，所述多通道换能器包括根据交错的换能器元件布置而布置的多个换能器元件。

2.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：

所述交错的换能器元件布置包括横向交错的换能器元件布置。

3.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：

所述交错的换能器元件布置包括纵向交错的换能器元件布置。

4.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：

所述多通道换能器包括混合换能器元件布置；

所述多个换能器元件包括第一多个接收器换能器元件；以及

所述多通道换能器包括布置成一维线性阵列的第二多个发射器换能器元件。

5.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：

所述多个换能器元件包括根据所述交错的换能器元件布置而布置的一个或多个组合的发射器和接收器换能器元件。

6.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：

所述交错的换能器元件布置包括横向交错且左右对称的换能器元件布置，其中，每个横向偏移的换能器元件的横向偏移距离为0.25或0.5个工作波长。

7.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：

所述交错的换能器元件布置包括纵向交错且左右对称的换能器元件布置，其中，纵向相邻的换能器元件之间的纵向间隔在1个工作波长和5个工作波长之间。

8.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：

所述交错的换能器元件布置包括横向交错的换能器元件布置，

所述多通道换能器包括多个子阵列，每个子阵列包括多个换能器元件的子集；以及

所述多个子阵列根据横向交错的换能器元件布置而横向交错。

9.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于，所述测距系统包括雷达系统、声纳系统或激光雷达系统。

10.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于，所述交错的换能器元件布置被配置为减少通过所述多通道换能器接收的测距回波信号中的光栅波瓣。

11.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于，所述多通道换能器被布置成弯曲阵列和/或一个或多个平面阵列。

12.根据权利要求1所述的测距系统，其特征在于：

所述交错的换能器元件布置包括横向交错且左右对称的换能器元件布置，其中，每个横向偏移的换能器元件的横向偏移距离在0.2个工作波长和1.5个工作波长之间。

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