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专利号: 201911009693X
申请人: 浙江理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于重采样的调频连续波声呐测距方法,其特征在于,采用调频连续波声呐测距装置,所述调频连续波声呐测距装置包括水下超声波发射换能器和接收换能器、气室中超声波发射换能器和接收换能器、低压消声气室、超声信号发生模块、功率放大模块和信号采集与处理模块;所述方法包括如下步骤:(1)通过超声信号发生模块产生非线性调频连续电磁波,利用功率放大模块将非线性调频连续电磁波进行功率放大,分别驱动水下超声波发射换能器和气室中超声波发射换能器;

(2)气室中超声波发射换能器发出的调频连续超声波作为参考声波在气室内传播,水下超声波发射换能器发出的调频连续超声波作为声呐测距声波在水下传播;

(3)分别利用水下超声波接收换能器和气室中超声波接收换能器接收两路返回来的调频连续超声波,将返回来的两路调频连续超声波分别转化为两路电磁波信号;

(4)利用信号采集与处理模块将返回来的超声波转化的两路电磁波信号分别与原始的调频连续电磁波信号进行混频,得到两路频率不同的窄带信号:气室中超声波窄带信号和水下超声波窄带信号;

(5)以混频后气室中超声波窄带信号为触发信号,对混频后的水下超声波窄带信号进行过零采样;

(6)对于重新采样后的水下超声波窄带信号进行频谱分析,提取出主频,换算出水下的被测距离。

2.根据权利要求1所述的基于重采样的调频连续波声呐测距方法,其特征在于,所述信号采集与处理模块包括前置放大器、高精度数据采集卡和信息处理单元,所述步骤(4),包括如下步骤:利用所述前置放大器对两路返回来的超声波转化的两路电磁波信号进行放大;

利用所述高精度数据采集卡对放大后的电磁波信号进行采集并传送到信息处理单元;

利用高精度数据采集卡对原始的调频连续电磁波信号进行采集并传送到信息处理单元;

所述信息处理单元对两路放大后的电磁波信号分别与原始调频连续波电磁波信号进行数字混频,得到两路混频后的信号;

所述信息处理单元对两路混频后的信号进行数字带通滤波,滤除混频信号中的高频分量以及低频干扰。

3.根据权利要求4所述的基于重采样的调频连续波声呐测距方法,其特征在于,所述步骤(5),包括如下步骤:所述信息处理单元提取出混频后气室中超声波窄带信号的每一个零点;

所述信息处理单元计算混频后气室中超声波窄带信号零点之间的平均时间间隔,平均时间间隔的倒数即为过零采样的采样频率;

按照这些零点的序列号从另一路混频滤波后的水下超声波窄带信号提取出相应的数据点;

以从水下超声波窄带信号提取的数据点和所述平均时间间隔为依据重构水下超声波窄带信号。

4.根据权利要求1所述的基于重采样的调频连续波声呐测距方法,其特征在于,所述步骤(6),包括如下步骤:对重新采样后的水下超声波信号进行快速傅里叶变换;

计算水下超声波窄带信号的幅频分布;

从水下超声波窄带信号的幅频分布中提取出幅度最强的谱线所对应的频率;

所述幅度最强的谱线所对应的频率与原始调频连续波电磁波信号的平均频率调制速度相除,得到水下超声波信号的时延;

将所述时延与水中声传播速度的乘积得到所测距离。

5.根据权利要求4所述的基于重采样的调频连续波声呐测距方法,其特征在于,所述原始调频连续波电磁波信号的平均频率调制速度,为调频连续波电磁波信号的频率调制的起始频率与终止频率之差与频率调制的周期之比。

6.根据权利要求1所述的基于重采样的调频连续波声呐测距方法,其特征在于,所述气室包括:气室主体;

在所述气室主体的左侧内壁和中间内壁上装贴的消声尖劈;

在所述气室主体的左侧内壁安装的气室中超声波发射换能器和气室中超声波接收换能器,且所述气室中超声波发射换能器和气室中超声波接收换能器的安装孔经过密封处理;

在所述气室主体的右侧内壁安装的超声波反射板;

在所述气室主体内充以声速小于预设声速阈值的气体,使所述气室的气压控制在小于预设气压阈值。

7.一种基于重采样的调频连续波声呐测距装置,其特征在于,应用于权利要求1至6中任一项所述的基于重采样的调频连续波声呐测距方法,所述装置包括水下超声波发射换能器和接收换能器、气室中超声波发射换能器和接收换能器、低压消声气室、超声信号发生模块、功率放大模块和信号采集与处理模块。

8.根据权利要求7所述的基于重采样的调频连续波声呐测距装置,其特征在于,所述信号采集与处理模块包括前置放大器、高精度数据采集卡和信息处理单元。

9.根据权利要求7所述的基于重采样的调频连续波声呐测距装置,其特征在于,所述气室包括:气室主体;

在所述气室主体的左侧内壁和中间内壁上装贴的消声尖劈;

在所述气室主体的左侧内壁安装的气室中超声波发射换能器和气室中超声波接收换能器,且所述气室中超声波发射换能器和气室中超声波接收换能器的安装孔经过密封处理;

在所述气室主体的右侧内壁安装的超声波反射板;

在所述气室主体内充以声速小于预设声速阈值的气体,使所述气室的气压控制在小于预设气压阈值。