基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于海洋探測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多波束測深儀的硬件電路設(shè)計，具體指一種基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路設(shè)計。
【背景技術(shù)】
[0002]多波束測深儀是一種測量海底地形地貌的儀器設(shè)備，它主要是通過發(fā)射換能器發(fā)射聲波，聲波到達海底后發(fā)生后向散射，由接收換能器陣接收，經(jīng)過信號預(yù)處理、波束形成和底檢測等處理，來完成對海底地形的測量。傳統(tǒng)的單波束測深系統(tǒng)每次測量只能獲得測量船垂直下方一個海底測量深度值，與之相比，多波束探測能獲得一個條帶覆蓋區(qū)域內(nèi)多個測量點的海底深度值，實現(xiàn)了從“點一線”測量到“線一面”測量的跨越，大大提高了測量效率。
[0003]由于多波束聲吶設(shè)備是依靠聲波進行海底地形測量的，因而發(fā)射聲波信號的形式十分重要。在多波束測深系統(tǒng)中，探測作用距離和物體分辨率是衡量多波束系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。一般的多波束測深系統(tǒng)中多采用單頻CW信號作為探測信號，在這種情況下，系統(tǒng)的分辨率與發(fā)射脈沖脈寬成反比，脈寬越小，分辨率越高，脈寬越大，分辨率越低;而系統(tǒng)的作用距離和發(fā)射脈寬成正比，這是因為脈寬越大，相應(yīng)的發(fā)射能量越大，其作用距離也因而越遠。因此對于使用單頻信號作為探測信號的系統(tǒng)來說，探測作用距離和分辨率之間是相互制約的，二者不能兼得。
[0004]基于線性調(diào)頻信號的多波束測深系統(tǒng)應(yīng)運而生，因系統(tǒng)不僅需要反射探測信號，又要進行回波信號的多路采集，僅僅依靠目前單獨信號處理單元的硬件電路遠遠不能滿足多路信號采集處理，存在信號處理不流暢，影響測深儀運行的穩(wěn)定和可靠性。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]針對上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種基于線性調(diào)頻信號的多波束測深儀的硬件電路，搭建了用于實現(xiàn)線性調(diào)頻探測信號發(fā)射和多路信號采集的硬件電路，使得信號處理過程更加簡潔流暢，保證了多波束測深儀運行的穩(wěn)定和可靠性。
[0006]本實用新型采取以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:
[0007]—種基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路，包括信號處理板、信號發(fā)射板、信號接收板以及為上述各電路板提供工作電源的電源板;所述信號處理板包括信號處理主板和信號處理從板，信號接收板包括信號接收主板和信號接收從板，其中，信號處理主板分別與信號發(fā)射板和信號接收主板連接，用于完成一半通道數(shù)據(jù)的接收，以及控制探測信號的發(fā)射和控制數(shù)據(jù)采集的同步功能;信號處理從板與信號接收從板連接，控制信號處理從板完成另一半通道數(shù)據(jù)的接收;所述信號發(fā)射板用于完成24路線性調(diào)頻探測信號的發(fā)射；信號接收主板用于完成前64通道的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)預(yù)處理，信號接收從板用于完成后64通道的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)預(yù)處理。
[0008]作為本案的優(yōu)化方案，所述信號接收板電路包括模擬和數(shù)字兩部分，其中模擬部分的電路由依次連接的一級固定增益放大模塊、可控增益放大模塊、二級固定增益放大模塊、帶通濾波器和三級固定增益放大模塊組成。
[0009]作為本案的優(yōu)化方案，數(shù)字部分的電路采用DSP+FPGA的處理架構(gòu)，F(xiàn)PGA完成數(shù)據(jù)的緩存，DSP完成信號處理。
[0010]作為本案的優(yōu)化方案，所述信號發(fā)射板包括24個發(fā)射模塊，完成I至24路信號的發(fā)射。
[0011]作為本案的優(yōu)化方案，所述信號接收主板和信號接收從板均包括8個接收模塊，分別用于完成I至64路信號的接收和65至128路信號的接收。
[0012]本實用新型的有益效果是:搭建主、從信號處理板框架，二者合理、協(xié)調(diào)控制整個測深系統(tǒng)運作；既彌補了現(xiàn)有單獨信號處理單元數(shù)據(jù)處理能力不足的問題，又簡化了設(shè)計流程，使得信號處理過程更加簡潔流暢，提高了系統(tǒng)的運作速率，保證了多波束測深系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和可靠性。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0014]圖2為信號接收板電路模擬部分的結(jié)構(gòu)連接示意框圖；
[0015]圖3為信號接收板電路數(shù)字部分的結(jié)構(gòu)搭建示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型及其效果作進一步闡述。
[0017]如圖1所示，一種基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路，包括信號處理板、信號發(fā)射板、信號接收板以及為上述各電路板提供工作電源的電源板;所述信號處理板包括信號處理主板和信號處理從板，信號接收板包括信號接收主板和信號接收從板，其中，信號處理主板分別與信號發(fā)射板和信號接收主板連接，用于完成一半通道數(shù)據(jù)的接收，以及控制探測信號的發(fā)射和控制數(shù)據(jù)采集的同步功能，即控制128通道同步進行信號采集，保證數(shù)據(jù)在時間上的一致性;信號處理從板與信號接收從板連接，控制信號處理從板完成另一半通道數(shù)據(jù)的接收;所述信號發(fā)射板用于完成24路線性調(diào)頻探測信號的發(fā)射;信號接收主板用于完成前64通道的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)預(yù)處理，信號接收從板用于完成后64通道的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)預(yù)處理。
[0018]具體地，信號發(fā)射板包括24個發(fā)射模塊，可完成I至24路信號的發(fā)射。信號接收主板和信號接收從板均包括8個接收模塊，分別用于完成I至64路信號的接收和65至128路信號的接收。
[0019]信號處理主板和信號處理從板的硬件電路是一樣的，僅從功能上進行劃分。信號處理主板、從板和信號發(fā)射板之間的協(xié)調(diào)關(guān)系是:信號開始采集時，信號處理主板單元發(fā)出同步信號，通知信號發(fā)射板發(fā)射線性調(diào)頻探測信號，同時信號接收主板和信號接收從板開始工作，進行海底回波數(shù)據(jù)的采集和預(yù)處理，保證數(shù)據(jù)采集的一致性和有效性，一致性是指接收數(shù)據(jù)時各通道數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)必須是同一時刻的，有效性是指采集到的數(shù)據(jù)必須是發(fā)射探測信號之后采集的。本案通過搭建主、從信號處理板框架，二者合理、協(xié)調(diào)控制整個測深系統(tǒng)運作；既彌補了現(xiàn)有單獨信號處理單元數(shù)據(jù)處理能力不足的問題，使得信號處理過程更加簡潔流暢，提高了系統(tǒng)的運作速率，保證了多波束測深系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和可靠性。
[0020]進一步地，所述信號接收板電路包括模擬和數(shù)字兩部分，其中模擬部分的電路由依次連接的一級固定增益放大模塊、可控增益放大模塊、二級固定增益放大模塊、帶通濾波器和三級固定增益放大模塊組成。由于海底回波信號通過換能器轉(zhuǎn)換成電信號后，能量比較微弱，并且信號本身包含各種頻帶的環(huán)境噪聲，對發(fā)射接收信號造成干擾。接收電路的模擬電路通過帶通濾波處理去除帶外噪聲信號和增益控制增大信號能量，以提高接收信噪比。此外，除了固定三級增益放大外，在增益控制部分，我們加入了可控增益放大模塊，即依據(jù)海底回波信號能量衰減規(guī)律自動調(diào)節(jié)增益大小，補償由于回波信號由于球面擴散和水體吸收帶來的能量損失，以提高回波質(zhì)量。信號接收板電路模擬部分的結(jié)構(gòu)連接示意框圖如圖2所示。
[0021]數(shù)字部分的電路采用DSP+FPGA的處理架構(gòu)，F(xiàn)PGA完成數(shù)據(jù)的緩存，DSP完成信號處理。信號接收板電路的數(shù)字電路結(jié)構(gòu)搭建示意圖如圖3所示。
[0022]以上實施例僅是示例性的，并不會局限本實用新型，應(yīng)當(dāng)指出對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在本實用新型所提供的技術(shù)啟示下，所做出的其它等同變型和改進，均應(yīng)視為本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路，包括信號處理板、信號發(fā)射板、信號接收板以及為上述各電路板提供工作電源的電源板;其特征在于:所述信號處理板包括信號處理主板和信號處理從板，信號接收板包括信號接收主板和信號接收從板，其中，信號處理主板分別與信號發(fā)射板和信號接收主板連接，用于完成一半通道數(shù)據(jù)的接收，以及控制探測信號的發(fā)射和控制數(shù)據(jù)采集的同步功能；信號處理從板與信號接收從板連接，控制信號處理從板完成另一半通道數(shù)據(jù)的接收;所述信號發(fā)射板用于完成24路線性調(diào)頻探測信號的發(fā)射;信號接收主板用于完成前64通道的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)預(yù)處理，信號接收從板用于完成后64通道的數(shù)據(jù)接收和數(shù)據(jù)預(yù)處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路，其特征在于:所述信號接收板電路包括模擬和數(shù)字兩部分，其中模擬部分的電路由依次連接的一級固定增益放大模塊、可控增益放大模塊、二級固定增益放大模塊、帶通濾波器和三級固定增益放大模塊組成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路，其特征在于:數(shù)字部分的電路采用DSP+FPGA的處理架構(gòu)，F(xiàn)PGA完成數(shù)據(jù)的緩存，DSP完成信號處理。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路，其特征在于:所述信號發(fā)射板包括24個發(fā)射模塊，完成I至24路信號的發(fā)射。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的基于線性調(diào)頻信號多波束測深儀的硬件電路，其特征在于:所述信號接收主板和信號接收從板均包括8個接收模塊，分別用于完成I至64路信號的接收和65至128路信號的接收。
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于線性調(diào)頻信號的多波束測深儀的硬件電路。包括信號處理板、信號發(fā)射板、信號接收板以及電源板；信號處理板包括信號處理主板和信號處理從板，信號接收板包括信號接收主板和信號接收從板；信號處理主板分別與信號發(fā)射板和信號接收主板連接，完成一半通道數(shù)據(jù)的接收，以及控制探測信號的發(fā)射和控制數(shù)據(jù)采集的同步功能；信號處理從板與信號接收從板連接，控制信號處理從板完成另一半通道數(shù)據(jù)的接收。搭建主、從信號處理板框架，二者合理、協(xié)調(diào)控制整個測深系統(tǒng)運作；既彌補了現(xiàn)有單獨信號處理單元數(shù)據(jù)處理能力不足的問題，使得信號處理過程更加簡潔流暢，提高了系統(tǒng)的運作速率，保證了多波束測深系統(tǒng)運行的穩(wěn)定和可靠性。
【IPC分類】G01C13/00
【公開號】CN205246072
【申請?zhí)枴緾N201520963987
【發(fā)明人】劉沖, 羅宇, 鄔松
【申請人】江蘇中海達海洋信息技術(shù)有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請日】2015年11月30日