随着我国对外经济贸易的快速发展,关系到国计民生的大宗海运散货进出口量逐年快速增长,而现有的船舶计重方法逐渐无法满足日益提高的计重要求。现有的船舶计重都是通过读取待测船舶六面的吃水刻线,然后结合船舶的准确图表来计算载运货物的重量,不可避免存在一些缺陷,因此课题提出利用超声相控阵技术对附加载重前后的水下船体进行相控扫描,重构出水下船体三维模型并计算出体积,之后利用阿基米德定理得到货物的重量。具体研究内容如下:首先通过对船舶水尺计重以及超声相控阵技术的现状分析,规划了课题的研究路线。研究了与本课题有关的超声阵列换能器的声场辐射原理、超声聚焦技术、相控技术、声透镜聚焦技术以及水尺计重的原理,通过理论分析对方法进行验证。接着搭建了一套超声波水尺计重测试系统,包括超声阵列换能器、基于FPGA的信号收发系统以及计重软件,此外还有用于测试的模拟载重装置、牵引装置等。然后通过对回波信号的分析,研究了影响回波信号信噪比的因素。之后研究了超声回波时延的估算方法,利用匹配滤波算法提高信号的信噪比,在此基础上,建立扫描点空间计算模型,并针对点云数据,研究了点云数据处理方法和Delaunay三角剖分算法,实现船体三维形态重建。最后,对换能器进行声场测试实验,分析阵列换能器的辐射性能;并以小型载重船模为测量对象,计算在不同载重时的误差大小,同时对计重结果进行不确定度分析。结果表明,载重10 kg以内时该方法的计重误差在2%以内,相对测量不确定度不超过0.5%。