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      一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的制作方法

      文檔序號:6029352閱讀:308來源:國知局
      專利名稱:一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)技術(shù)。
      背景技術(shù)
      聲成像是水下探測、超聲醫(yī)療檢測、無損檢測領(lǐng)域常用的技術(shù)手段。多波束聲 成像主要分為電子多波束成像和聲透鏡多波束成像兩種方式。聲透鏡成像的原理跟 光學(xué)透鏡成像的原理相同,都是通過透鏡將不同方向到來的波聚焦在透鏡焦平面上 的不同位置來成像。不過光學(xué)透鏡成像一般是利用環(huán)境光,而聲學(xué)透鏡成像必須另 外發(fā)射聲波,相當(dāng)于光學(xué)透鏡成像時(shí)使用閃光燈。
      用聲透鏡成像的優(yōu)點(diǎn)主要是電路簡單、能耗低,對于中等視角的高分辨率成像, 換能器陣的基元數(shù)可以比電子多波束成像方式減少一半以上。然而,即使這樣,因 為聲透鏡成像一般都要求有很高的角度分辨率,因此仍然需要大量的換能器基元, 比如0.3度分辨率、30度視角的二維成像需要IOO個(gè)左右基元(電子多波束實(shí)現(xiàn)0.3 度分辨率需要300個(gè)基元),三維成像則需要10000個(gè)左右的基元。不管是電子多波 束方式還是聲透鏡方式,通常一個(gè)基元需要一個(gè)接收通道,因此高分辨率聲透鏡成 像的接收通道數(shù)仍然非常巨大。
      國外在進(jìn)行水下聲透鏡成像時(shí)采用過一些減少接收通道的方法,比如Edward 0. Belcher等人(見Edward 0. Belcher and Hien Q. Dinh " Limpet Mine Image Sonar", Proceedings of SPIE, Vol. 3771, Annual International Symposium on Aerosense, Orlando FL, April 1999)所采用的分時(shí)收發(fā)的通道結(jié)構(gòu)。然而,這種結(jié)構(gòu)雖然節(jié)省了接收通 道,但是因?yàn)槭峭ㄟ^分時(shí)收發(fā)來實(shí)現(xiàn)的,也就是說,是通過降低成像速度來達(dá)到節(jié) 省收發(fā)通道數(shù)的,因而每節(jié)省1倍通道數(shù),就要相應(yīng)的降低1倍成像速度。雖然他 們的方法在近距離時(shí)(比如10米以內(nèi))能夠滿足快速成像的要求,但是對于相對較 遠(yuǎn)的距離,如果希望通過聲透鏡聲納反映物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),那么成像速度是不夠的 (比如DIDSON聲透鏡成像聲納在40米距離時(shí)成像速度大約只有2幀/秒)。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的目的在于提供一種聲透鏡成像聲納的收、發(fā)通道設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)通 過采用多組正交編碼信號調(diào)制正弦波載波而產(chǎn)生的調(diào)相信號作為聲透鏡成像聲納的 發(fā)射信號,使得多路接收通道可以合并,將收發(fā)通道總數(shù)減少幾倍甚至十幾倍,但 并不降低成像速度。
      為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),包括聲透鏡、 發(fā)射基元和接收基元,其特征在于,采用多組M序列、GOLD序列或其他正交編碼 序列調(diào)制正弦波載波產(chǎn)生的調(diào)相信號作為聲透鏡成像聲納的信號,并采用分組發(fā)射、 分組接收的方式進(jìn)行傳輸,每一個(gè)所述發(fā)射基元發(fā)出的信號,經(jīng)過所述聲透鏡聚焦 后,經(jīng)過物體反射后的回波回到同樣序號的所述接收基元上。
      將所述發(fā)射基元分組,其組數(shù)與所采用的正交編碼序列組數(shù)相等,同一組的各 個(gè)發(fā)射基元同時(shí)加上相同的發(fā)射信號,不同組的發(fā)射基元上所加的發(fā)射信號各不相 同,不同組發(fā)射基元上的不同發(fā)射信號由同一個(gè)發(fā)射電路分時(shí)段順序加上,或者由 多個(gè)發(fā)射電路同時(shí)分別加上。
      所述接收基元與所述發(fā)射基元采用不同的方式分組,每一接收組中各個(gè)接收基 元所對應(yīng)的所述發(fā)射基元均屬于不同的發(fā)射組,每一組中各個(gè)接收基元接收到的信 號經(jīng)過同一個(gè)接收通道(包括放大、混頻、慮波)后轉(zhuǎn)入后續(xù)處理,不同組的接收 基元接收的信號經(jīng)過不同的接收通道,經(jīng)過每一路接收通道后進(jìn)入DSP的信號,都 分別與發(fā)射信號中所采用的不同的正交編碼序列信號進(jìn)行相關(guān)處理。
      其中,所述發(fā)射基元可采用間隔分組形式編組,所述接收基元可采用順序分組 形式編組。
      另外,本發(fā)明可分為基本型結(jié)構(gòu)和精簡型結(jié)構(gòu)兩種?;拘徒Y(jié)構(gòu)中,所述發(fā)射 信號采用同一頻段內(nèi)的多組不同的編碼信號,所述發(fā)射基元的組數(shù)與所述發(fā)射信號 的組數(shù)相同,同一組發(fā)射基元采用同樣的發(fā)射信號,由同一個(gè)發(fā)射電路發(fā)射,不同 組的發(fā)射基元采用不同的發(fā)射信號,由不同的發(fā)射電路發(fā)射。該情況下,所述發(fā)射 基元和所述接收基元可以是收發(fā)分置或收發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣,當(dāng)為收 發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣時(shí),在大于10米的遠(yuǎn)距離情況下,所述發(fā)射信號采 用511位以上的正交編碼體制,在10米以內(nèi)的近距離情況下,收發(fā)信號采用分時(shí)方 式。
      另外,本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的精簡型結(jié)構(gòu)中,所述發(fā)射電路數(shù)量少于所述發(fā)射信號的組數(shù),采用多路轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),分時(shí)段連續(xù)地將多組信號分 別按序發(fā)射到各組發(fā)射基元上,每個(gè)時(shí)段的發(fā)射信號是不同的正交編碼調(diào)制的信號。 該情況下,所述發(fā)射基元和所述接收基元可以是收發(fā)分置或收發(fā)合置的發(fā)射和接收 換能器基陣,當(dāng)為收發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣時(shí),所述發(fā)射通道應(yīng)大于2。
      如上所述,基本型結(jié)構(gòu)在大幅度減少接收通道時(shí)需要適當(dāng)增加發(fā)射通道,但并 不增加發(fā)射總功率,因此基本沒有增加發(fā)射電路的復(fù)雜性。精簡型結(jié)構(gòu)在大幅度減 少接收通道時(shí),不增加發(fā)射通道,但在換能器收發(fā)合置時(shí)會(huì)增加盲區(qū);在換能器收 發(fā)分置時(shí),需要在收發(fā)通道之間、收發(fā)基陣之間進(jìn)行良好隔離,以避免盲區(qū)。
      由此,本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),通過采用多組正交編碼信號 調(diào)制正弦波載波而產(chǎn)生的調(diào)相信號作為聲透鏡成像聲納的發(fā)射信號,使得多路接收 通道可以合并,將收發(fā)通道總數(shù)減少幾倍甚至十幾倍,但兩種結(jié)構(gòu)都不降低成像速 度,可以實(shí)現(xiàn)相對較遠(yuǎn)距離時(shí)的聲學(xué)攝像(40米距離時(shí)能做到18幀/秒)。


      圖1是本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的發(fā)射基元與接收基元排列示 意圖。
      圖2是本發(fā)明基本型結(jié)構(gòu)的發(fā)射通道示意圖。 圖3是本發(fā)明基本型結(jié)構(gòu)的接收通道示意圖。 圖4是本發(fā)明精簡型結(jié)構(gòu)的發(fā)射通道示意圖。
      圖5是10個(gè)等幅度正交編碼信號同時(shí)到達(dá)時(shí)相干處理提取一組信號的信噪比仿 真結(jié)果。
      圖6是3個(gè)等幅度正交編碼信號同時(shí)到達(dá)時(shí)相干處理提取一組信號的信噪比仿真 結(jié)果。
      具體實(shí)施例方式
      下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例,用二維成像的結(jié)構(gòu)來說明本發(fā)明的聲透鏡成像聲 納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的原理。
      圖1是本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的發(fā)射基元與接收基元排列示 意圖。其中A是聲透鏡,B是發(fā)射基元組,C是接收基元組。相同序列號的發(fā)射基 元與接收基元可以是同一個(gè)壓電陶瓷片(收發(fā)合置),也可以是不同的兩個(gè)壓電陶瓷 片(收發(fā)分置)圖2是本發(fā)明基本型結(jié)構(gòu)的發(fā)射通道示意圖,其中Ol、 02、 03、 04……98、 99、 100為發(fā)射基元,Al、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6、 A7、 A8、 A9、 A10是第1 第10 個(gè)發(fā)射電路;Bl、 B2、 B3、 B4、 B5、 B6、 B7、 B8、 B9、 B10是第1 第10組編碼 調(diào)制信號,C是由DSP和D/A轉(zhuǎn)換器組成的信號發(fā)生器。每個(gè)發(fā)射通道實(shí)際上應(yīng)該 有10路接收信號,圖中只畫出了2路。
      圖3是本發(fā)明基本型結(jié)構(gòu)的接收通道示意圖,其中Ol、 02、 03、 04……98、 99、 IOO為接收基元,其中A1、 A2……A10是指第1 第IO個(gè)接收通道。圖中省略了 接收通道2 9與相應(yīng)的接收基元間的連接。
      圖4是本發(fā)明精簡型結(jié)構(gòu)發(fā)射通道示意圖,其中Al、 A2……A10分別表示"時(shí) 段1接通"……"時(shí)段10接通",AA是多路轉(zhuǎn)換器,AAA是發(fā)射電路。B1、B2……B10 分別表示時(shí)段1、時(shí)段2……時(shí)段10發(fā)出的第1 第10組編碼調(diào)制信號,C是由 DSP和D/A轉(zhuǎn)換器組成的信號發(fā)生器。
      圖5是10個(gè)等幅度正交編碼信號同時(shí)到達(dá)時(shí),相干處理提取一組信號的信噪比 仿真結(jié)果。
      圖6是3個(gè)等幅度正交編碼信號同時(shí)到達(dá)時(shí),相干處理提取一組信號的信噪比 仿真結(jié)果。
      下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
      一、基本型結(jié)構(gòu)
      1、基陣與通道的排列連接
      在基本型結(jié)構(gòu)中,發(fā)射和接收換能器基陣可以采用收發(fā)分置或收發(fā)合置的方式。 假設(shè)有IOO個(gè)發(fā)射和接收基元,其排列方式如圖1所示。
      發(fā)射信號采用同一頻段內(nèi)的多組不同的編碼信號。有多少組發(fā)射信號,便將發(fā) 射基元分成多少組。同一組發(fā)射基元采用同樣的發(fā)射信號,由同一個(gè)發(fā)射電路發(fā)射。 比如,對于圖1所示的100個(gè)發(fā)射基元,假設(shè)有10組相互正交的編碼序列調(diào)制的信 號可以選擇,可以每相隔IO個(gè)基元選取一個(gè)基元組成一組,由同一個(gè)電路發(fā)射同樣 一組信號,即第l、 U、 21、 31……71、 81、 91個(gè)基元用發(fā)射電路1發(fā)射第1組 信號,第2、 12、 22、 32……72、 82、 92個(gè)基元用發(fā)射電路2發(fā)射第2組信號,以 此類推,直至第IO、 20、 30、 40……80、 90、 100個(gè)基元用發(fā)射電路10發(fā)射第10
      7組信號。
      經(jīng)過聲透鏡聚焦后,每一個(gè)發(fā)射基元發(fā)出的信號,經(jīng)過物體反射后的回波將回到同樣序號的接收基元上。因此,接收處理中則是按順序?qū)⒔邮栈殖?0組,以保證每一組中的接收基元接收到的是不同類型的發(fā)射信號。即第1 第10個(gè)基元為同一個(gè)接收組,它們的接收信號同時(shí)輸入到接收通道l;第11 第20個(gè)基元為同一個(gè)接收組,它們的信號同時(shí)輸入到接收通道2 ;……;第91 第100個(gè)基元為同一個(gè)接收組,它們的信號同時(shí)輸入到接收通道10。接收通道由放大、混頻、濾波電
      路組成。每個(gè)接收通道的輸出信號經(jīng)過A/D采樣后進(jìn)入數(shù)字信號處理機(jī),再經(jīng)信號處理后送入顯示設(shè)備成像。
      常規(guī)成像聲納的每個(gè)接收基元都需要1個(gè)接收通道,100個(gè)接收基元總共需要100路接收通道,100路A/D (并行采樣的情況下),而經(jīng)過上述分組處理后,現(xiàn)在總共只需要10路接收通道,10路A/D,接收通道數(shù)減少了10倍,總采樣速率也降低了 10倍。雖然發(fā)射通道數(shù)從1路增加到了 10路,但是因?yàn)榭偟陌l(fā)射功率并沒有改變,實(shí)際上功耗和發(fā)射電路復(fù)雜度并未增加(相對于常規(guī)不允許分時(shí)發(fā)射的高速成像方式而言)。
      也可以將發(fā)射基元與接收基元的分組方式互換(圖2和圖3所示)。實(shí)際上基元分組并無嚴(yán)格的空間排列要求,只需要滿足下述原則同一組的發(fā)射基元發(fā)射同樣的編碼序列調(diào)制的信號,同一組的接收基元接收不同的編碼序列調(diào)制的信號。從減小旁瓣干擾的角度考慮,發(fā)射間隔分組、接收順序分組為佳。
      2、信號處理
      發(fā)射信號采用數(shù)字調(diào)相信號,用正交編碼序列作為調(diào)制碼,載波信號為正弦信號,頻率根據(jù)成像設(shè)備使用的聲波頻率決定, 一般大于lMHz。發(fā)射信號通過DSP與D/A轉(zhuǎn)換器形成;接收信號經(jīng)過混頻以后從高頻信號轉(zhuǎn)為基帶信號,再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入DSP。這些都是常規(guī)技術(shù),不必詳細(xì)說明。
      采用收發(fā)合置換能器陣進(jìn)行聲成像總是有盲區(qū)的,因?yàn)楸仨毜劝l(fā)射結(jié)束了才能開始接收。盲區(qū)是由發(fā)射信號長度決定的。例如對于63位編碼信號,150kHz帶寬時(shí)(因?yàn)槁曂哥R成像的聲波頻率通常都高于lMHz,為了提高距離分辨率,且防止斑點(diǎn)噪聲,通常帶寬都在150kHz以上),發(fā)射信號長度是t = 0.42毫秒,盲區(qū)長度為ct/2,c為水中聲速,取1500米/秒,則盲區(qū)為32厘米。這個(gè)距離實(shí)際上不到透鏡空間長度的兩倍,在水下成像應(yīng)用中可以忽略不計(jì)。若采用511位編碼時(shí),盲區(qū)為2.52米,
      8但是信號的自相關(guān)和互相關(guān)性能可以大幅度提高。因此,在遠(yuǎn)距離情況下采用511位以上編碼的本發(fā)明體制,而在近距離(IO米以內(nèi))則可以采用Edward O. Belcher等人的分時(shí)方式,這樣便在近距離和遠(yuǎn)距離都可以實(shí)現(xiàn)高速成像。
      采用收發(fā)分置換能器陣時(shí),如果收發(fā)通道之間、收發(fā)換能器之間相互隔離很好,則可以認(rèn)為沒有盲區(qū),在任何距離下都可以采用511位以上的正交編碼體制。否則盲區(qū)跟收發(fā)合置情況一樣。
      下面說明本發(fā)明中的接收信號在DSP中的處理流程
      如前所述的發(fā)射間隔分組、接收順序分組方式,第1 第10個(gè)發(fā)射基元分別通過第1~第IO路發(fā)射電路發(fā)射了 IO個(gè)相互正交的編碼序列調(diào)相信號,因此通過聲透鏡聚焦后的第1 第IO路接收基元接收到的信號也是相互正交的編碼序列調(diào)相信號,這10個(gè)信號都是輸入到接收通道1的,亦即通過接收通道1的信號是由10個(gè)相互正交的編碼序列調(diào)相信號疊加而成的信號。因此,如果采用第1路發(fā)射信號的調(diào)制編碼序列與這個(gè)疊加信號進(jìn)行相關(guān)處理,就可以獲得第1個(gè)接收基元的接收信號,抑制其他基元的接收信號,送入顯示處理模塊后,便可以對第1個(gè)基元聚焦的空間方向進(jìn)行聲成像。同理,分別采用第2、第3……第10路發(fā)射信號的調(diào)制編碼序列與這個(gè)疊加信號進(jìn)行相關(guān)處理,送入顯示處理模塊后,便可以對第2、第3……第10個(gè)基元聚焦的空間方向進(jìn)行聲成像。同理可處理第2 第IO個(gè)接收通道的信號,獲得第11 第100個(gè)接收基元的接收信號,送入顯示處理模塊后,對第11 第100個(gè)基元聚焦的方向進(jìn)行聲成像。這里,雖然信號相關(guān)處理需要很大的運(yùn)算量,但是現(xiàn)在的DSP技術(shù)已經(jīng)可以輕松勝任。比如,對于63位編碼信號,100kHz帶寬,采用250kHz采樣速率,在40米成像距離時(shí), 一個(gè)通道的數(shù)據(jù)為13333點(diǎn),參考數(shù)據(jù)為160點(diǎn),將通道數(shù)據(jù)分為16段,則可以采用1024點(diǎn)FFT完成相關(guān)運(yùn)算,乘法量為
      (3 x 1024 /2 x log21024 + 1024) (2次FFT, 1次1024點(diǎn)相乘,1次逆FFT) x 16段x 100路=26M
      現(xiàn)在的TI公司的64系列DSP速度已經(jīng)可以達(dá)到3200 8000MIPS 了 ,單個(gè)DSP就
      很容易每秒完成20次以上的這樣的運(yùn)算,而功耗只有1瓦多一點(diǎn)。也就是說單個(gè)DSP就可以輕松勝任每秒鐘刷新圖像20次以上的運(yùn)算要求,而實(shí)際上,40米的距離聲波來回傳播每秒只有不到19次。如果采用127位碼,單次成像的乘法運(yùn)算次數(shù)為31M,單個(gè)DSP也同樣可以輕松勝任每秒20次刷新。
      在上述設(shè)計(jì)中,最惡劣的情況是同一個(gè)接收通道同時(shí)接收到io個(gè)相同大小的反射信號的疊加信號,若采用2047位編碼(150kHz帶寬時(shí),收發(fā)合置時(shí)盲區(qū)為10米,收發(fā)分置時(shí)可不考慮盲區(qū)),此時(shí)的信噪比大約為14分貝,見圖5,此時(shí)正交信號疊加形成的噪聲干擾只相當(dāng)于常規(guī)聲納的旁瓣干擾。如果采用"同一接收組的基元間隔最大"方式排列換能器基元,那么在10個(gè)方向上的同樣的距離上同時(shí)出現(xiàn)10個(gè)分離的反射目標(biāo)幾乎是不可能的,通常情況是同一距離上只有一個(gè)方向上有強(qiáng)目標(biāo)反射信號,其他方向上不相干回波形成的噪聲干擾很小。圖6是3個(gè)方向上同時(shí)有等幅回波時(shí)的信噪比,正交信號的干擾已經(jīng)比旁瓣級干擾低5分貝了??梢?,采用正交編碼方式完全可以在10組正交信號中提取出有足夠信噪比的特定1組信號。
      二、精簡型結(jié)構(gòu)
      1、 基陣與通道的排列連接
      精簡型結(jié)構(gòu)的接收基陣與通道的排列連接方式及接收信號處理方法與基本型結(jié)構(gòu)完全一樣,但發(fā)射結(jié)構(gòu)不同,發(fā)射流程也有差別。因?yàn)榫喰徒Y(jié)構(gòu)只有1個(gè)發(fā)射電路(當(dāng)然,也可以適當(dāng)增加,但不增加到10個(gè)。這可以根據(jù)盲區(qū)要求、功耗要求來權(quán)衡),因此需要采用多路轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),分時(shí)段將第1 第io組信號分別加到各組基
      元上。仍然針對100個(gè)基元、IO組正交信號情況進(jìn)行說明在時(shí)段l,發(fā)射電路的
      信號加到第l、 11、 21、 31...71、 81、 91個(gè)發(fā)射基元上;在時(shí)段2,發(fā)射電路的信號加到第2、 12、 22、 32...72、 82、 92個(gè)發(fā)射基元上......直至?xí)r段10,發(fā)射電路的信
      號加到第10、 20、 30、 40...80、卯、100個(gè)發(fā)射基元上。每個(gè)時(shí)段的發(fā)射信號是不同的正交編碼調(diào)制的信號。
      如前所述,并非必須采用上述編組方式,圖4所示的就是采用發(fā)射基元順序編組的結(jié)構(gòu),其相應(yīng)的接收編組就必須是基元序號間隔為IO的各個(gè)基元為同一組。
      2、 信號處理
      精簡型結(jié)構(gòu)的分時(shí)發(fā)射仍然是連續(xù)的順序發(fā)射,與Edward 0. Belcher等人的發(fā)射一接收、再發(fā)射一再接收的分時(shí)收發(fā)方式是不同的,不必在每次發(fā)射后都等待信號回來再進(jìn)行第二次發(fā)射,只不過成像有一個(gè)整體延遲時(shí)間,但可以認(rèn)為是不降低掃描速度的。
      精簡型結(jié)構(gòu)的信號處理流程與基本型結(jié)構(gòu)完全相同。不過因?yàn)椴煌木幋a調(diào)制信號是在不同的時(shí)段發(fā)出的,因此顯示模塊中計(jì)算不同基元收、發(fā)的信號之間的時(shí)延時(shí),必須分別選擇不同的發(fā)射時(shí)刻為零時(shí)。
      采用收發(fā)合置換能器陣時(shí),對于上述精簡型結(jié)構(gòu),因 io個(gè)基元共用同一個(gè)接收通道,只要有一個(gè)基元在發(fā)射,IO個(gè)基元就都不能夠接收;由于10組信號順序發(fā)射,使得發(fā)射信號的時(shí)間長度增加了 10倍,盲區(qū)也將比采用基本型結(jié)構(gòu)時(shí)擴(kuò)大10倍。因此,采用精簡型結(jié)構(gòu)時(shí)不宜采用收發(fā)合置換能器陣。如果必須釆用收發(fā)合置換能器陣,可以適當(dāng)增加發(fā)射通道以減小盲區(qū)。比如發(fā)射通道為2個(gè)時(shí),發(fā)射信號的時(shí)間長度比只有l(wèi)個(gè)時(shí)減少了一半,因而盲區(qū)也減小一半,在采用150kHz帶寬、511位編碼時(shí),盲區(qū)為12.8米,可以與分時(shí)收發(fā)方式相結(jié)合工作。
      釆用收發(fā)分置換能器陣時(shí),同基本型結(jié)構(gòu)中情況一樣,如果發(fā)射通道與接收通道隔離很好,發(fā)射信號對接收基元的干擾很小,則可以認(rèn)為沒有盲區(qū)。如果隔離不好,盲區(qū)長度也將擴(kuò)大10倍。因此,如果采用收發(fā)分置換能器陣,在精簡型結(jié)構(gòu)中必須采取有效的收發(fā)通道之間、收發(fā)基陣之間的隔離技術(shù)。
      權(quán)利要求
      1、一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),包括聲透鏡、發(fā)射基元和接收基元,其特征在于,采用正交編碼序列調(diào)制正弦波載波產(chǎn)生的調(diào)相信號作為聲透鏡成像聲納的信號,并采用分組發(fā)射、分組接收的方式進(jìn)行傳輸,每一個(gè)所述發(fā)射基元發(fā)出的信號,經(jīng)過所述聲透鏡聚焦后,經(jīng)過物體反射后的回波回到同樣序號的所述接收基元上,將所述發(fā)射基元分組,其組數(shù)與所采用的正交編碼序列組數(shù)相等,同一組的各個(gè)發(fā)射基元同時(shí)加上相同的發(fā)射信號,不同組的發(fā)射基元上所加的發(fā)射信號各不相同,不同組發(fā)射基元上的不同發(fā)射信號由同一個(gè)發(fā)射電路分時(shí)段順序加上,或者由多個(gè)發(fā)射電路同時(shí)分別加上,所述接收基元與所述發(fā)射基元采用不同的方式分組,每一接收組中各個(gè)接收基元所對應(yīng)的所述發(fā)射基元均屬于不同的發(fā)射組,每一組中各個(gè)接收基元接收到的信號經(jīng)過同一個(gè)接收通道后轉(zhuǎn)入后續(xù)處理,不同組的接收基元接收的信號經(jīng)過不同的接收通道,經(jīng)過每一路接收通道后進(jìn)入DSP的信號,都分別與發(fā)射信號中所采用的不同的正交編碼序列信號進(jìn)行相關(guān)處理。
      2、 如權(quán)利要求l所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),其特征在于,所述發(fā) 射信號采用同一頻段內(nèi)的多組不同的編碼信號,所述發(fā)射基元的組數(shù)與所述發(fā)射信 號的組數(shù)相同,同一組發(fā)射基元采用同樣的發(fā)射信號,由同一個(gè)發(fā)射電路發(fā)射,不 同組的發(fā)射基元采用不同的發(fā)射信號,由不同的發(fā)射電路發(fā)射。
      3、 如權(quán)利要求2所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),其特征在于,所述發(fā) 射基元和所述接收基元為收發(fā)分置或收發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣,當(dāng)為收發(fā) 合置的發(fā)射和接收換能器基陣時(shí),在大于10米的遠(yuǎn)距離情況下,所述發(fā)射信號采用 511位以上的正交編碼體制,在10米以內(nèi)的近距離情況下,收發(fā)信號采用分時(shí)方式。
      4、 如權(quán)利要求1所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),其特征在于,所述發(fā)射電路數(shù)量少于所述發(fā)射信號的組數(shù),采用多路轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu),分時(shí)段連續(xù)地將多組信號分別按序發(fā)射到各組發(fā)射基元上,每個(gè)時(shí)段的發(fā)射信號是不同的正交編碼調(diào)制的 /士 口
      5、 如權(quán)利要求4所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),其特征在于,所述發(fā) 射基元和所述接收基元為收發(fā)分置或收發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣,當(dāng)為收發(fā) 合置的發(fā)射和接收換能器基陣時(shí),所述發(fā)射通道大于2。
      6、 如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),其特 征在于,所述發(fā)射基元采用間隔分組形式編組,所述接收基元采用順序分組形式編 組。
      7、 如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),其特 征在于,所述正交編碼序列為多組M序列、GOLD序列。
      全文摘要
      本發(fā)明提供一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì),用于水下聲學(xué)成像領(lǐng)域。其通過采用多組正交編碼信號調(diào)制正弦波載波而產(chǎn)生的調(diào)相信號作為聲透鏡成像聲納的發(fā)射信號,采用分組發(fā)射、分組接收的方式,使同一組的發(fā)射基元發(fā)射同樣的編碼序列調(diào)制的信號,同一組的接收基元接收不同的編碼序列調(diào)制的信號,不同組發(fā)射基元上的不同發(fā)射信號由同一個(gè)發(fā)射電路分時(shí)段順序加上,或者由多個(gè)發(fā)射電路同時(shí)分別加上,并運(yùn)用DSP技術(shù),使得聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道總數(shù)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式大幅度減少,而成像速度并不降低。
      文檔編號G01S7/523GK101685156SQ200810223418
      公開日2010年3月31日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
      發(fā)明者李頌文 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
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