一种水下多波束测探系统及其探测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN101852854A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CNCN101852854101852854A(43)申请公布日2010.10.06(21)申请号201010195895.0(22)申请日2010.06.07(71)申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人韦岗陈庭柱曹燕宁更新张军(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102代理人何淑珍(51)Int.Cl.G01S15/08(2006.01)G01S7/539(2006.01)权利要求书2页说明书12页附图8页(54)发明名称一种水下多波束测探系统及其探测方法(57)摘要本发明公开一种水下多波束测探系统及其探测方法，所述系统该包括微机控制系统、与微机控制系统连接的声波发射系统和声波接收检测系统，所述声波发射系统设置有多个单一发射基元，每个单一发射基元包含多个谐振频率不同的发射换能器；本发明还涉及根据该系统的水下多波束测深方法，通过独特的“扫频选频”和“跳频测深”两种模式，通过减小跳频驻留时间提高测深的距离分辨力，通过增加跳频的频点数目提高测深量程，解决了单频脉冲测深存在距离分辨力与测距范围之间的矛盾。本发明既能有效对抗水声信道频率选择性衰落和复杂的环境噪声，又能精确估计出各波束角度下的第一回波到达时间，提高了水下多波束测深的精度。CN108524ACN101852854ACCNN110185285401852855A权利要求书1/2页1.一种水下多波束测探系统，包括微机控制系统(1)，其特征在于：还包括通过总线接口与微机控制系统(1)连接的声波发射系统(2)和声波接收检测系统(3)，所述声波发射系统(2)设置有多个单一发射基元(8)，每个单一发射基元(8)包含多个谐振频率不同的发射换能器(21)。2.根据权利要求1所述的水下多波束测探系统，其特征在于：所述声波发射系统(2)还包括发射控制处理中心(5)，微机控制系统(1)通过第一总线接口(4)连接发射控制处理中心(5)的输入端；发射控制处理中心(5)的输出端通过第一接口(6)与多个单一发射基元(8)相连，多个单一发射基元(8)用于频率码的同步传输，发射控制处理中心(5)还通过第二接口(7)与多个单一发射基元(8)相连，用于地址码的同步传输。3.根据权利要求1所述的水下多波束测探系统，其特征在于：所述声波接收检测系统(3)包括接收控制处理中心(11)、与接收控制处理中心(11)连接的信号预处理模块(10)、高速存储器(12)、波束形成模块(13)、回波时频同步估计模块(14)，接收控制处理中心(11)通过第二总线接口(15)与微机控制系统(1)连接，多个信号预处理模块(10)各自连接有用以接收水底反射回波的接收换能器阵列(9)。4.根据权利要求3所述的水下多波束测探系统，其特征在于：所述多个单一发射基元(8)按等间距排列组成均匀发射线阵，并沿船底龙骨布设；所述接收换能器阵列(9)采用等间距的水声换能器组成的均匀线阵并沿垂直船底龙骨方向布设。5.权利要求1所述的水下多波束测探系统的测探方法，所述声波发射系统(2)和声波接收检测系统(3)均具备“扫频选频”和“跳频测深”两种工作模式，其特征在于：该测探方法包括下列步骤：步骤1：在“扫频选频”模式下，微机控制系统(1)从声波发射系统(2)发射的扫频水声信号筛选出受衰减和干扰影响较小的频点；步骤2：在“跳频测深”模式下根据步骤1筛选出的频点发射水声跳频探测信号，声波接收检测系统(3)通过短时傅里叶变换(STFT)对各波束角度下的接收信号进行时频分析，从而捕获到与发送出的探测信号跳频规律相一致的回波信号；步骤3：将步骤2捕获的时间作为该波束角度下的回波到达时间进行深度值的计算。6.根据权利要求5所述的水下多波束测探系统的测探方法，其特征在于：步骤1包括下列过程：步骤11：微机控制系统(1)向声波发射系统(2)的发射控制处理中心(5)和声波接收检测系统(3)的接收控制处理中心(11)发送控制指令，使测探系统进入“扫频选频”工作模式，并同时传送此阶段必须的跳频参数；步骤12：“扫频选频”模式下，发射控制处理中心(5)在跳频带宽允许的频率范围内按照跳频间隔的要求生成频点集合和对应的频率码集合，并将各频率码与相应的发射换能器(21)地址码分组，再按分组次序将频率码和地址码发送给单一发射基元(8)；单一发射基元中(8)根据频率码产生不同频率的信号，再根据地址码将信号送入指定的发射换能器(21)进行发射；带有扫频特性的声波信号连续发送至水下并经水底反射后由声波接收检测系统(3)接收；步骤13：声波接收检测系统(3)的接收换能器阵列(9)接收回波信号，并由信号预处理模块(10)进行相关的放大滤波和采