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专利号: 2021115928516
申请人: 山东科技大学
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:2023-12-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种连续变频多波束声呐,包括上位机、FPGA模块、发射基阵、接收基阵、模拟信号处理单元、AD转换模块和电源模块,所述上位机安装有上位机软件,用于向所述FPGA模块发送控制指令并接收经过所述FPGA模块进行波束形成和检波处理的回波数字信号;所述FPGA模块接收所述控制指令,设置线性调频信号的中心频率,并控制所述发射基阵向海底发射所述线性调频信号;所述接收基阵接收海底回波信号并转换为回波电信号;所述模拟信号处理单元将所述回波电信号转换为符合所述AD转换模块输入要求的回波模拟信号;所述AD转换模块将所述回波模拟信号转换为回波数字信号发送到所述FPGA模块,由所述FPGA模块进行波束形成和检波处理;所述电源模块用于向所述连续变频多波束声呐供电;其特征在于,还包括:

包络提取模块,用于提取所述回波模拟信号的包络信号;

包络比较模块,根据所述包络信号以及预设的上限电压和下限电压输出反馈信号,所述上限电压大于所述下限电压;

所述AD转换模块还用于将所述包络信号和所述反馈信号转换为数字信号并输出到所述FPGA模块;

所述FPGA模块还用于根据转换为数字信号的所述包络信号和所述反馈信号以及预设的包络检测阈值对所述线性调频信号的中心频率进行调整。

2.如权利要求1所述的一种连续变频多波束声呐,其特征在于:所述包络比较模块在所述包络信号的幅值大于所述上限电压或所述包络信号的幅值小于所述下限电压时输出的所述反馈信号为高电平;在所述包络信号的幅值大于所述下限电压并且所述包络信号的幅值小于所述上限电压时输出的所述反馈信号为低电平。

3.如权利要求2所述的一种连续变频多波束声呐,其特征在于:所述上限电压和所述下限电压基于所述发射基阵的发射声源级和所述接收基阵的接收性能以及声波在海水中的传播特性和反射特性预估确定。

4.如权利要求2所述的一种连续变频多波束声呐,其特征在于:所述FPGA模块在所述反馈信号为高电平并且所述包络信号的幅值小于所述包络检测阈值时,提高所述线性调频信号的中心频率;在所述反馈信号为高电平并且所述包络信号的幅值大于所述包络检测阈值时,降低所述线性调频信号的中心频率;在所述反馈信号为低电平时,保持所述线性调频信号的中心频率不变。

5.如权利要求4所述的一种连续变频多波束声呐,其特征在于:所述包络检测阈值基于所述上限电压和所述下限电压的均值确定。

6.如权利要求1所述的一种连续变频多波束声呐,其特征在于,所述FPGA模块包括:异常信号检测子模块,根据所述线性调频信号和所述包络信号判断所述海底回波信号是否为虚假海底回波信号。

7.如权利要求1所述的一种连续变频多波束声呐,其特征在于,所述模拟信号处理单元包括:

前置放大模块,用于对所述回波电信号进行前置放大;

增益调节模块,用于调节经过前置放大的所述回波电信号的增益;

带通滤波器,用于对经过增益处理的所述回波电信号进行带通滤波处理;

电压转换及后放模块,用于对经过滤波处理的所述回波电信号进行电压搬移及放大,生成符合所述AD转换模块输入要求的回波模拟信号。

8.一种变频方法,用于调节如权利要求1所述的连续变频多波束声呐所发射的线性调频信号的中心频率,其特征在于,包括以下步骤:第一步:设置线性调频信号的中心频率并发射所述线性调频信号;

第二步:接收海底回波信号并转换为回波电信号;

第三步:对所述回波电信号进行处理生成符合所述AD转换模块输入要求的回波模拟信号;

第四步:提取所述回波模拟信号的包络信号;

第五步:根据所述包络信号以及预设的上限电压和下限电压生成反馈信号,所述上限电压大于所述下限电压;

第六步:对所述包络信号和所述反馈信号进行数字信号转换;

第七步:根据转换为数字信号的所述包络信号和所述反馈信号以及预设的包络检测阈值对所述线性调频信号的中心频率进行调整。

9.如权利要求8所述的一种变频方法,其特征在于,所述根据所述包络信号以及预设的上限电压和下限电压输出反馈信号包括:在所述包络信号的幅值大于所述上限电压或所述包络信号的幅值小于所述下限电压时输出的所述反馈信号为高电平;

在所述包络信号的幅值大于所述下限电压并且所述包络信号的幅值小于所述上限电压时输出的所述反馈信号为低电平。

10.如权利要求9所述的一种变频方法,其特征在于:所述上限电压和所述下限电压基于所述发射基阵的发射声源级和所述接收基阵的接收性能以及声波在海水中的传播特性和反射特性预估确定。

11.如权利要求9所述的一种变频方法,其特征在于,所述根据转换为数字信号的所述包络信号、所述反馈信号以及预设的包络检测阈值对所述线性调频信号的中心频率进行调整,包括:

在所述反馈信号为高电平并且所述包络信号的幅值小于所述包络检测阈值时,提高所述线性调频信号的中心频率;

在所述反馈信号为高电平并且所述包络信号的幅值大于所述包络检测阈值时,降低所述线性调频信号的中心频率;

在所述反馈信号为低电平时,保持所述线性调频信号的中心频率不变。

12.如权利要求11所述的一种变频方法,其特征在于:所述包络检测阈值基于所述上限电压和所述下限电压的均值确定。

13.如权利要求8所述的一种变频方法,其特征在于:所述变频方法还包括异常信号检测步骤,根据所述线性调频信号和所述包络信号判断所述海底回波信号是否为虚假海底回波信号。

14.如权利要求9所述的一种变频方法,其特征在于,所述对所述回波电信号进行处理生成符合所述AD转换模块输入要求的回波模拟信号包括以下步骤:对所述回波电信号进行前置放大;

调节经过前置放大的所述回波电信号的增益;

对经过增益处理的所述回波电信号进行带通滤波处理;

对经过滤波处理的所述回波电信号进行电压搬移及放大,生成符合所述AD转换模块输入要求的回波模拟信号。