一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)及方法，該增益控制系統(tǒng)包括上位機(jī)軟件(101)、信號(hào)處理單元(102)、發(fā)射換能器基陣(103)、接收換能器基陣(104)、前置放大器(105)、可變?cè)鲆婵刂破?106)、帶通濾波器(107)和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)。能夠跟蹤輸入信號(hào)幅度變化并自動(dòng)調(diào)整增益，當(dāng)輸入信號(hào)變大時(shí)，控制接收機(jī)增益變??；當(dāng)輸入信號(hào)變小時(shí)，控制接收機(jī)增益變大，以使海底回波信號(hào)的輸出電平始終保持在穩(wěn)定區(qū)間上。解決了常規(guī)多波束測(cè)深系統(tǒng)中增益控制效果不佳，調(diào)節(jié)精度差等問(wèn)題，保證了多波束測(cè)深聲納測(cè)量復(fù)雜海底地形的準(zhǔn)確性。
【專利說(shuō)明】
一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)増益控制系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及水聲工程和水聲探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]多波束測(cè)深聲納可以實(shí)現(xiàn)超寬范圍的高精度海底深度測(cè)量，是一種測(cè)量效率高、測(cè)量精度高、分辨率高的海底地形測(cè)量設(shè)備，單次發(fā)射就能獲取海底一個(gè)測(cè)深剖面，在海洋測(cè)繪領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]在平海底假設(shè)情況下，一般認(rèn)為海底回波信號(hào)是按指數(shù)衰減規(guī)律變化的，常采用和回波信號(hào)變化規(guī)律相反的方式，通過(guò)時(shí)變?cè)鲆婵刂剖够夭ㄐ盘?hào)穩(wěn)定在合理范圍之內(nèi)。
[0004]受到聲波傳播衰減，水體及水底底質(zhì)不同等因素的影響，海底回波信號(hào)往往具有更復(fù)雜的分布特性，不能用確定的規(guī)律變化予以準(zhǔn)確表述。例如，實(shí)際海底存在粗糙不平的硬沙底，靜止水域的軟泥底，沉積物材料不同形成的分層結(jié)構(gòu)，且地形起伏情況是不確定的。同時(shí)，海底存在水草、巖石塊等干擾物。這些情況將導(dǎo)致海底在某些掠射角和頻率下產(chǎn)生強(qiáng)弱不一的反射，無(wú)法預(yù)測(cè)回波信號(hào)的具體變化情況。
[0005]因此，時(shí)變?cè)鲆婵刂茻o(wú)法適應(yīng)海底回波信號(hào)的復(fù)雜變化?；夭ㄐ盘?hào)過(guò)強(qiáng)時(shí)增益放大過(guò)大引起輸出電平限幅，回波信號(hào)過(guò)弱時(shí)輸出電平不滿足模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器采樣分辨率的要求或被系統(tǒng)噪聲淹沒(méi)。多波束測(cè)深聲納采集到的信息出現(xiàn)缺失或錯(cuò)誤，無(wú)法準(zhǔn)確地獲取真實(shí)地形。
[0006]常規(guī)多波束測(cè)量時(shí)，聲納信號(hào)控制單元常根據(jù)前一個(gè)測(cè)量周期的回波信號(hào)強(qiáng)度變化情況來(lái)調(diào)整當(dāng)前測(cè)量周期的發(fā)射功率、時(shí)變?cè)鲆媲€的初始增益等參數(shù)。該方法對(duì)多個(gè)測(cè)量周期中水底地形變化有一定的適應(yīng)能力，但仍然無(wú)法解決在單個(gè)測(cè)量周期中由于地形的復(fù)雜性和聲波傳播衰減等因素導(dǎo)致的回波信號(hào)強(qiáng)度不符合指數(shù)衰減規(guī)律的問(wèn)題。導(dǎo)致多波束測(cè)深聲納無(wú)法準(zhǔn)確采集到復(fù)雜海底的地形特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于，為解決多波束測(cè)深聲納發(fā)射聲波信號(hào)后，由于水體環(huán)境多變，水底地形復(fù)雜，回波信號(hào)衰減程度不一，接收機(jī)不能準(zhǔn)確接收回波信號(hào)的問(wèn)題。提出一種響應(yīng)時(shí)間短，輸出電平穩(wěn)定的多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)及方法。
[0008]本發(fā)明采用了自動(dòng)增益控制方法，通過(guò)閉環(huán)控制方式，對(duì)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出值與參考值進(jìn)行比較，輸出值變大時(shí)，減小可變?cè)鲆婵刂破鞯脑鲆?，以保證接收機(jī)能夠正常工作。輸出值變小時(shí)，增大可變?cè)鲆婵刂破鞯脑鲆?，以保證微弱信號(hào)能夠被檢測(cè)到。接收機(jī)通過(guò)跟蹤輸入信號(hào)幅度波動(dòng)而自動(dòng)調(diào)整增益，保證接收機(jī)在輸入信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍很大時(shí)輸出電平能夠穩(wěn)定在合適的范圍。
[0009]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]—種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)，包括以下結(jié)構(gòu):
[0011]上位機(jī)軟件(101)，用于控制信號(hào)處理單元(102)開(kāi)始測(cè)量，并接收檢波結(jié)果數(shù)據(jù)；
[0012]發(fā)射換能器基陣(103)，用于進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換并發(fā)射聲波信號(hào)；
[0013]接收換能器基陣(104)，用于接收回波聲信號(hào)，并將回波聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0014]前置放大器(105)，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步放大；
[0015]可變?cè)鲆婵刂破?106)，用于接收前置放大器(105)輸出的電信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)處理單元(102)的增益控制命令調(diào)整增益；
[0016]帶通濾波器(107)，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理；
[0017]模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)，用于完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換并將數(shù)字信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元(102);
[0018]信號(hào)處理單元(102)，用于對(duì)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行平滑求包絡(luò)處理并根據(jù)增益控制方法向可變?cè)鲆婵刂破?106)發(fā)出增益調(diào)整命令使回波信號(hào)的輸出電平保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，同時(shí)對(duì)多陣元回波信號(hào)進(jìn)行波束形成和檢波處理并將結(jié)果反饋至上位機(jī)軟件(101)。
[0019]所述的信號(hào)處理單元(102)包括:
[0020]包絡(luò)生成器(201)，用于接收多個(gè)陣元的回波信號(hào)并輸出k時(shí)刻的包絡(luò)c(k);
[0021]自動(dòng)增益調(diào)整模塊(202)，根據(jù)參考信號(hào)REF與包絡(luò)信號(hào)c(k)的偏差e(k)計(jì)算出增益碼，并向可變?cè)鲆婵刂破?106)輸出增益調(diào)整命令；
[0022]檢波模塊(203)，用于接收經(jīng)預(yù)處理的多陣元回波信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)檢波處理。
[0023]—種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0024]步驟一:信號(hào)處理單元(102)接收上位機(jī)軟件(101)開(kāi)始命令并設(shè)置可變?cè)鲆婵刂破?106)的初始增益，然后控制換能器基陣發(fā)射聲波信號(hào)并開(kāi)始采集回波信號(hào)；
[0025]步驟二:接收換能器基陣(104)將回波聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0026]步驟三:前置放大器(105)對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步放大；
[0027]步驟四:可變?cè)鲆婵刂破?106)對(duì)信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)整；
[0028]步驟五:帶通濾波器(107)濾除帶外噪聲；
[0029]步驟六:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換并將數(shù)字信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元(102);
[0030]步驟七:信號(hào)處理單元(102)接收多陣元回波信號(hào)后通過(guò)包絡(luò)生成器(201)輸出k時(shí)刻的包絡(luò)信號(hào)c(k)，并根據(jù)k時(shí)刻包絡(luò)信號(hào)c(k)和預(yù)期信號(hào)REF的偏差值e(k)、偏差值的累積項(xiàng)ei(k)及偏差值的差分項(xiàng)(e(k)-e(k-l))估算出k時(shí)刻的增益碼g(k);
[0031]步驟八:增益碼g(k)作用于可變?cè)鲆婵刂破?106);
[0032]步驟九:重復(fù)執(zhí)行步驟二?步驟八，直至測(cè)量周期完成。
[0033 ]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0034]1、解決了采用時(shí)變?cè)鲆婵刂茖?duì)海底回波信號(hào)增益調(diào)整效果不佳，調(diào)節(jié)精度差等問(wèn)題。使回波信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍很大而輸出電平穩(wěn)定在合適范圍內(nèi)，提高了接收機(jī)的信噪比性會(huì)K。
[0035]2、該方法具有硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，性能好，便于操作等特點(diǎn)。在保證測(cè)繪工作能夠高效、精準(zhǔn)進(jìn)行的同時(shí)，確保了多波束測(cè)深聲納測(cè)量復(fù)雜海底地形的準(zhǔn)確性。符合現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。
【附圖說(shuō)明】
[0036]為了使本方法的內(nèi)容更利于相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員理解，下面對(duì)附圖進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。
[0037]圖1為本發(fā)明所述多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0038]圖2為本發(fā)明所述自動(dòng)增益控制過(guò)程的結(jié)構(gòu)框圖。
[0039]圖3為本發(fā)明所述多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)自動(dòng)增益調(diào)整模塊的結(jié)構(gòu)框圖。
[0040]圖4為本發(fā)明所述多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制方法的工作流程圖。
具體實(shí)施方案
[0041]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步闡述。
[0042]1.—種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)，包括以下結(jié)構(gòu):
[0043]上位機(jī)軟件(101)，用于控制信號(hào)處理單元(102)開(kāi)始測(cè)量，并接收檢波結(jié)果數(shù)據(jù)；
[0044]發(fā)射換能器基陣(103)，與信號(hào)處理單元(102)相連，用于進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換并發(fā)射聲波信號(hào)；
[0045]接收換能器基陣(104)，用于接收回波聲信號(hào)，并將回波聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0046]前置放大器(105)，與接收換能器基陣(104)相連，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步放大；
[0047]可變?cè)鲆婵刂破?106)，分別與前置放大器(105)及信號(hào)處理單元(102)相連，用于接收前置放大器(105)輸出的電信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)處理單元(102)的增益控制命令調(diào)整增益；
[0048]帶通濾波器(107)，與可變?cè)鲆婵刂破?106)相連，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理；
[0049]模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)，與帶通濾波器(107)相連，用于完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換并將數(shù)字信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元(102);
[0050]信號(hào)處理單元(102)，分別與上位機(jī)軟件(101)及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)相連，用于對(duì)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行平滑求包絡(luò)處理并根據(jù)增益控制方法向可變?cè)鲆婵刂破?106)發(fā)出增益調(diào)整命令使回波信號(hào)的輸出電平保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，同時(shí)對(duì)多陣元回波信號(hào)進(jìn)行波束形成和檢波處理并將結(jié)果反饋至上位機(jī)軟件(101)。
[0051 ] 2.所述信號(hào)處理單元(102)包括:
[0052]包絡(luò)生成器(201)，用于接收多個(gè)陣元的回波信號(hào)并輸出k時(shí)刻的包絡(luò)c(k);
[0053]自動(dòng)增益調(diào)整模塊(202)，與包絡(luò)生成器(201)相連，根據(jù)參考信號(hào)REF和包絡(luò)信號(hào)c(k)的偏差e(k)計(jì)算出增益碼，并向可變?cè)鲆婵刂破?106)輸出增益調(diào)整命令；
[0054]檢波模塊(203)，用于接收經(jīng)預(yù)處理的多陣元回波信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)檢波處理；
[0055]3.所述包絡(luò)生成器(201)包括通道平均單元(301)和時(shí)間平滑單元(302)，其中，通道平均單元(301)計(jì)算多個(gè)陣元信號(hào)的平均值;時(shí)間平滑單元(302)與通道平均單元(301)相連，做平滑計(jì)算并輸出k時(shí)刻的回波包絡(luò)信號(hào)c(k)。
[0056]4.所述自動(dòng)增益調(diào)整模塊(202)包括:
[0057]預(yù)期信號(hào)存儲(chǔ)器(401)，用于保存預(yù)期信號(hào)REF;
[0058]減法器(402)，分別與包絡(luò)生成器(201)及預(yù)期信號(hào)存儲(chǔ)器(401)相連，用于輸出包絡(luò)信號(hào)c(k)與預(yù)期信號(hào)REF的偏差值e(k);
[0059]累加器(403)，用于累加偏差值e(k)并輸出累加結(jié)果ei(k)，其中，ei(k)= ei(k_l)+e(k)，ei(l)=e(l);
[0060]數(shù)據(jù)暫存器(404)，與減法器(402)相連，用于暫存當(dāng)前時(shí)刻的偏差值e(k);
[0061]減法器(405)，與減法器(402)及數(shù)據(jù)暫存器(404)相連，用于計(jì)算減法器(402)與數(shù)據(jù)暫存器(404)輸出結(jié)果的偏差，輸出偏差值e(k)的差分項(xiàng)(e(k)-e(k-l));
[0062]乘法器(406)，與減法器(402)相連，用于計(jì)算偏差值e(k)與預(yù)設(shè)的比例系數(shù)匕的乘積，輸出kP*e(k)；
[0063]乘法器(407)，用于計(jì)算偏差值的累積項(xiàng)ei(k)與預(yù)設(shè)的積分系數(shù)的乘積，輸出ki*ei(k)；
[0064]乘法器(408)，用于計(jì)算偏差值的差分項(xiàng)(e(k)-e(k-l))與預(yù)設(shè)的微分系數(shù)kd的乘積，輸出kd*(e(k)-e(k_l));
[0065]三輸入加法器(409)，用于對(duì)三個(gè)乘法器(406、407、408)的輸出結(jié)果求和，產(chǎn)生增益控制信號(hào)u(k) =kP*e(k)+ki*ei(k)+kd*(e(k)-e(k_l))；
[0066]累加器(410)，用于累加三輸入加法器(409)的輸出結(jié)果并得到增益碼g(k)= g(k_l)+u(k)ο
[0067]5.在一個(gè)具體實(shí)施例中，信號(hào)處理單元(102)采用FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制的運(yùn)算以及對(duì)其他模塊的控制信號(hào)生成。發(fā)射換能器基陣(103)和接收換能器基陣(104)分別由多個(gè)換能器組成。模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)由TI公司的集成模擬前端AFE5808實(shí)現(xiàn)，單片AFE5808具有8個(gè)獨(dú)立通道，因此根據(jù)本實(shí)施例的接收換能器基陣，可以選擇合適數(shù)量的芯片實(shí)現(xiàn)多通道的信號(hào)調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0068]6.進(jìn)一步地，一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0069]步驟一:信號(hào)處理單元(102)接收上位機(jī)軟件(101)開(kāi)始命令并設(shè)置可變?cè)鲆婵刂破?106)的初始增益，然后控制換能器基陣發(fā)射聲波信號(hào)并開(kāi)始采集回波信號(hào)；
[0070]步驟二:接收換能器基陣(104)將回波聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；
[0071]步驟三:前置放大器(105)對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步放大；
[0072]步驟四:可變?cè)鲆婵刂破?106)對(duì)信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)整；
[0073]步驟五:帶通濾波器(107)濾除帶外噪聲；
[0074]步驟六:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換并將數(shù)字信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元(102);
[0075]步驟七:信號(hào)處理單元(102)接收多陣元回波信號(hào)后通過(guò)包絡(luò)生成器(201)輸出k時(shí)刻的包絡(luò)信號(hào)c(k)，并根據(jù)k時(shí)刻包絡(luò)信號(hào)c(k)和預(yù)期信號(hào)REF的偏差值e(k)、偏差值的累積項(xiàng)ei(k)及偏差值的差分項(xiàng)(e(k)-e(k-l))估算出k時(shí)刻的增益碼g(k);
[0076]步驟八:增益碼g(k)作用于可變?cè)鲆婵刂破?106);
[0077]步驟九:重復(fù)執(zhí)行步驟二?步驟八，直至測(cè)量周期完成。
[0078]7.前述步驟五的自動(dòng)增益控制方法，其公式如下:
[0079]u(k) = kP*e(k)+ki*ei (k)+kd*(e(k)-e(k_l))
[0080]其中，kp為比例系數(shù)，ki為積分系數(shù)，kd為微分系數(shù)，u(k)為k時(shí)刻的增益控制信號(hào)，e(k)為k時(shí)刻的偏差值，ei (k)為偏差值的累積項(xiàng)，(e(k)_e(k_l))為偏差值的差分項(xiàng)。
[0081]比例系數(shù)匕與系統(tǒng)的反應(yīng)速度有關(guān)，增大匕可以提高輸出電平的反應(yīng)速度，但匕過(guò)大會(huì)引起系統(tǒng)震蕩，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定度。積分系數(shù)Iu用于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，但積分項(xiàng)過(guò)大，可能產(chǎn)生積分飽和效應(yīng)，增大超調(diào)量。為解決這一問(wèn)題，本發(fā)明的實(shí)施例采用了積分分離算法，在自動(dòng)增益控制的開(kāi)始階段或參考量與實(shí)際值相差很大時(shí)，取消積分環(huán)節(jié)。當(dāng)參考量與實(shí)際值相差很大時(shí)，恢復(fù)積分環(huán)節(jié)，消除穩(wěn)態(tài)誤差。微分系數(shù)kd用來(lái)在信號(hào)產(chǎn)生劇烈變化之前，進(jìn)行預(yù)測(cè)修正，從而加快系統(tǒng)響應(yīng)速度，減少調(diào)節(jié)時(shí)間，但是由于增益變化值不能發(fā)生突變，所以kd參數(shù)設(shè)置過(guò)大會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)節(jié)效率降低?？梢詫?duì)以上參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整以達(dá)到滿意效果。
[0082]根據(jù)u(k)產(chǎn)生增益調(diào)整信號(hào)g(k)，其中，g(k)=g(k_l)+u(k)。判斷增益控制信號(hào)g(k)是否超出預(yù)設(shè)范圍，如果超出范圍，進(jìn)入保持狀態(tài)，即信號(hào)g(k)保持不變，自動(dòng)增益控制停止。繼續(xù)監(jiān)控e (k)變化，當(dāng)e (k)反向變化時(shí)，再次啟動(dòng)自動(dòng)增益控制。
[0083]通過(guò)上述闡釋可知，該自動(dòng)增益控制算法可以實(shí)時(shí)調(diào)整增益變化的步進(jìn)量，當(dāng)輸出值變大時(shí)，增益值變化的步進(jìn)量增大。輸出值變小時(shí)，增益值變化的步進(jìn)量減小。從而減少了自動(dòng)增益控制的響應(yīng)時(shí)間，降低了調(diào)節(jié)過(guò)程中的震蕩。
[0084]以上所述僅為發(fā)明的一種較佳可行實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所做的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)，其特征在于，包括以下結(jié)構(gòu): 上位機(jī)軟件(101)，用于控制信號(hào)處理單元(102)開(kāi)始測(cè)量，并接收檢波結(jié)果數(shù)據(jù)； 發(fā)射換能器基陣(103)，用于進(jìn)行電聲轉(zhuǎn)換并發(fā)射聲波信號(hào)； 接收換能器基陣(104)，用于接收回波聲信號(hào)，并將回波聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 前置放大器(105)，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步放大； 可變?cè)鲆婵刂破?106)，用于接收前置放大器(105)輸出的電信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)處理單元(102)的增益控制命令調(diào)整增益； 帶通濾波器(107 )，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行帶通濾波處理； 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)，用于完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換并將數(shù)字信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元(102); 信號(hào)處理單元(102)，用于對(duì)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行平滑求包絡(luò)處理并根據(jù)增益控制方法向可變?cè)鲆婵刂破?106)發(fā)出增益調(diào)整命令使回波信號(hào)的輸出電平保持在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，同時(shí)對(duì)多陣元回波信號(hào)進(jìn)行波束形成和檢波處理并將結(jié)果反饋至上位機(jī)軟件(101)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào)處理單元(102)包括: 包絡(luò)生成器(201)，用于接收多個(gè)陣元的回波信號(hào)并輸出k時(shí)刻的包絡(luò)c(k); 自動(dòng)增益調(diào)整模塊(202)，根據(jù)參考信號(hào)REF與包絡(luò)信號(hào)c(k)的偏差e(k)計(jì)算出增益碼，并向可變?cè)鲆婵刂破?106)輸出增益調(diào)整命令； 檢波模塊(203)，用于接收經(jīng)預(yù)處理的多陣元回波信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)檢波處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的包絡(luò)生成器(201)包括: 通道平均單元(301)，用于計(jì)算多個(gè)陣元信號(hào)的平均值； 時(shí)間平滑單元(302)，用于平滑計(jì)算并輸出k時(shí)刻的回波包絡(luò)c(k)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的自動(dòng)增益調(diào)整模塊(202)包括: 預(yù)期信號(hào)存儲(chǔ)器(401 )，用于保存預(yù)期信號(hào)REF; 減法器(402)，用于輸出包絡(luò)信號(hào)c(k)與預(yù)期信號(hào)REF的偏差值e(k) = c(k)-REF; 累加器(403)，用于累加偏差值6(10并輸出累加結(jié)果61(10，其中，61(10 = 61(1^-1)+6(k)，ei(l)=e(l); 數(shù)據(jù)暫存器(404)，用于暫存當(dāng)前時(shí)刻的偏差值e(k); 減法器(405)，用于計(jì)算減法器(402)與數(shù)據(jù)暫存器(404)輸出結(jié)果的偏差，輸出偏差值e(k)的差分項(xiàng)(e(k)-e(k-l)); 乘法器(406)，用于計(jì)算偏差值e(k)與預(yù)設(shè)的比例系數(shù)kP的乘積，輸出kP*e(k); 乘法器(407)，用于計(jì)算偏差值的累積項(xiàng)ei(k)與預(yù)設(shè)的積分系數(shù)的乘積，輸出lu*ei(k)； 乘法器(408)，用于計(jì)算偏差值的差分項(xiàng)(e(k)-e(k-l))與預(yù)設(shè)的微分系數(shù)kd的乘積，輸出 kd*(e(k)-e(k_l))； 三輸入加法器(409)，用于對(duì)三個(gè)乘法器(406、407、408)的輸出結(jié)果求和，產(chǎn)生增益控制信號(hào)u(k) =kP*e(k)+ki*ei(k)+kd*(e(k)-e(k_l))； 累加器(410)，用于累加三輸入加法器(409)的輸出結(jié)果并得到增益碼g(k) = g(k-l)+u(k) ο5.—種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:信號(hào)處理單元(102)接收上位機(jī)軟件(101)開(kāi)始命令并設(shè)置可變?cè)鲆婵刂破?106)的初始增益，然后控制換能器基陣發(fā)射聲波信號(hào)并開(kāi)始采集回波信號(hào)； 步驟二:接收換能器基陣(104)將回波聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)； 步驟三:前置放大器(105)對(duì)信號(hào)進(jìn)行初步放大； 步驟四:可變?cè)鲆婵刂破?106)對(duì)信號(hào)進(jìn)行增益調(diào)整； 步驟五:帶通濾波器(107)濾除帶外噪聲； 步驟六:模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(108)完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換并將數(shù)字信號(hào)發(fā)送至信號(hào)處理單元(102); 步驟七:信號(hào)處理單元(102)接收多陣元回波信號(hào)后通過(guò)包絡(luò)生成器(201)輸出k時(shí)刻的包絡(luò)信號(hào)c(k)，并根據(jù)k時(shí)刻包絡(luò)信號(hào)c(k)和預(yù)期信號(hào)REF的偏差值e(k)、偏差值的累積項(xiàng)ei(k)及偏差值的差分項(xiàng)(e(k)-e(k-l))估算出k時(shí)刻的增益碼g(k); 步驟八:增益碼g(k)作用于可變?cè)鲆婵刂破?106); 步驟九:重復(fù)執(zhí)行步驟二?步驟八，直至測(cè)量周期完成。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多波束測(cè)深聲納回波信號(hào)增益控制方法，其特征在于，采用自動(dòng)增益控制方法，其公式如下:g(k) = g(k-l) + (kP*e(k)+ki*ei(k)+kd*(e(k)-e(k_l))) 其中，kP為比例系數(shù)、為積分系數(shù)、kd為微分系數(shù)，g(k)為k時(shí)刻的增益碼，e(k)為k時(shí)刻的偏差值，ei (k)為偏差值的累積項(xiàng)，(e(k)-e(k-Ι))為偏差值的差分項(xiàng)。
【文檔編號(hào)】G01S7/534GK106019262SQ201610421571
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】魯東, 吳霖真, 湯云龍, 王爾迅, 金旗林
【申請(qǐng)人】北京海卓同創(chuàng)科技有限公司