仪器仪表学报

作者：马新智，方博堃，梅德庆，袁龙春，金浩然

单位：马新智,浙江大学机械工程学院杭州310058,,方博堃,浙江大学机械工程学院杭州310058,,梅德庆,浙江大学机械工程学院杭州310058,,袁龙春,管网集团（徐州）管道检验检测有限公司徐州221000,yuanlc@pipechina.com.cn,金浩然,浙江大学机械工程学院杭州310058,

关键词：浑浊水体;三维超声成像;实时成像;自适应指向性校正;符号相干因子

基金：国家自然科学基金联合基金项目（U24A20132）、浙江省自然科学基金重点项目（LZ23E050004）、浙江省“尖兵领雁+X”研发攻关计划项目（2025C01012,2024C01128,2024C03036）资助

随着能源和土地资源的消耗，对海上勘探和采矿、基础设施安装、维护和修理的需求不断增加。搭载机械臂的自动化海洋机器人平台成为关键解决方案，其作业精度高度依赖于海洋环境感知能力。然而海洋感知比陆地感知更为复杂，浑浊海洋环境会导致光学成像系统失效。水下环境呈现出非结构化特征，低光和浑浊的水下环境对光学感知的有效性和准确性构成了重大挑战。现有声学感知方法虽具鲁棒特性，但受限于分辨率不足与空间信息缺失，难以支撑机械臂高精度伺服作业。为此提出一种面向浑浊水体的稀疏阵列实时精细化三维超声成像策略，首次将超声无损检测领域的全聚焦（TFM）技术应用至海洋感知。首先采用均匀稀疏策略对矩阵阵列进行降采样，大幅降低数据量与计算负担；进而针对周期性稀疏采样与大尺寸阵元引发的旁瓣伪影问题，提出自适应指向性校正算法与符号相干因子加权机制，并基于GPU并行计算平台实现实时处理。通过在浑浊水体中对深海设备关键部件（湿插拔连接器与阀门）的成像实验表明：该方案有效突破了传统光学成像在浑浊环境下的性能瓶颈，弥补了现有海洋声学感知方法的缺点，成像信噪比分别达57.03与62.54dB。本研究为极端海洋环境下机械臂伺服作业的精细化感知提供了一种有效解决方案。

来源：2026年第1期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

查看仪器仪表学报杂志2026年第1期