基于線性調(diào)頻信號(hào)多波束測(cè)深儀的硬件電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于海洋探測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種多波束測(cè)深儀的硬件電路設(shè)計(jì)，具體指一種基于線性調(diào)頻信號(hào)多波束測(cè)深儀的硬件電路設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002]多波束測(cè)深儀是一種測(cè)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(dá)海底后發(fā)生后向散射，由接收換能器陣接收，經(jīng)過信號(hào)預(yù)處理、波束形成和底檢測(cè)等處理，來完成對(duì)海底地形的測(cè)量。傳統(tǒng)的單波束測(cè)深系統(tǒng)每次測(cè)量只能獲得測(cè)量船垂直下方一個(gè)海底測(cè)量深度值，與之相比，多波束探測(cè)能獲得一個(gè)條帶覆蓋區(qū)域內(nèi)多個(gè)測(cè)量點(diǎn)的海底深度值，實(shí)現(xiàn)了從“點(diǎn)一線”測(cè)量到“線一面”測(cè)量的跨越，大大提高了測(cè)量效率。
[0003]由于多波束聲吶設(shè)備是依靠聲波進(jìn)行海底地形測(cè)量的，因而發(fā)射聲波信號(hào)的形式十分重要。在多波束測(cè)深系統(tǒng)中，探測(cè)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(cè)深系統(tǒng)中多采用單頻CW信號(hào)作為探測(cè)信號(hào)，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?yàn)槊}寬越大，相應(yīng)的發(fā)射能量越大，其作用距離也因而越遠(yuǎn)。因此對(duì)于使用單頻信號(hào)作為探測(cè)信號(hào)的系統(tǒng)來說，探測(cè)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(hào)的多波束測(cè)深系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，因系統(tǒng)不僅需要反射探測(cè)信號(hào)，又要進(jìn)行回波信號(hào)的多路采集，僅僅依靠目前單獨(dú)信號(hào)處理單元的硬件電路遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足多路信號(hào)采集處理，存在信號(hào)處理不流暢，影響測(cè)深儀運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]針對(duì)上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種基于線性調(diào)頻信號(hào)的多波束測(cè)深儀的硬件電路，搭建了用于實(shí)現(xiàn)線性調(diào)頻探測(cè)信號(hào)發(fā)射和多路信號(hào)采集的硬件電路，使得信號(hào)處理過程更加簡(jiǎn)潔流暢，保證了多波束測(cè)深儀運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性。
[0006]本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的:
[0007]—種基于線性調(diào)頻信號(hào)多波束測(cè)深儀的硬件電路，包括信號(hào)處理板、信號(hào)發(fā)射板、信號(hào)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(hào)處理板包括信號(hào)處理主板和信號(hào)處理從板，信號(hào)接收板包括信號(hào)接收主板和信號(hào)接收從板，其中，信號(hào)處理主板分別與信號(hào)發(fā)射板和信號(hào)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(cè)信號(hào)的發(fā)射和控制數(shù)據(jù)采集的同步功能;信號(hào)處理從板與信號(hào)接收從板連接，控制信號(hào)處理從板完成另一半通道數(shù)據(jù)的接收;所述信號(hào)發(fā)射板用于完成24路線性調(diào)頻探測(cè)信號(hào)的發(fā)射；信號(hào)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(hào)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(hào)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(jí)固定增益放大模塊、可控增益放大模塊、二級(jí)固定增益放大模塊、帶通濾波器和三級(jí)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(hào)處理。
[0010]作為本案的優(yōu)化方案，所述信號(hào)發(fā)射板包括24個(gè)發(fā)射模塊，完成I至24路信號(hào)的發(fā)射。
[0011]作為本案的優(yōu)化方案，所述信號(hào)接收主板和信號(hào)接收從板均包括8個(gè)接收模塊，分別用于完成I至64路信號(hào)的接收和65至128路信號(hào)的接收。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:搭建主、從信號(hào)處理板框架，二者合理、協(xié)調(diào)控制整個(gè)測(cè)深系統(tǒng)運(yùn)作；既彌補(bǔ)了現(xiàn)有單獨(dú)信號(hào)處理單元數(shù)據(jù)處理能力不足的問題，又簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，使得信號(hào)處理過程更加簡(jiǎn)潔流暢，提高了系統(tǒng)的運(yùn)作速率，保證了多波束測(cè)深系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0014]圖2為信號(hào)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(hào)接收板電路數(shù)字部分的結(jié)構(gòu)搭建示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型及其效果作進(jìn)一步闡述。
[0017]如圖1所示，一種基于線性調(diào)頻信號(hào)多波束測(cè)深儀的硬件電路，包括信號(hào)處理板、信號(hào)發(fā)射板、信號(hào)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(hào)處理板包括信號(hào)處理主板和信號(hào)處理從板，信號(hào)接收板包括信號(hào)接收主板和信號(hào)接收從板，其中，信號(hào)處理主板分別與信號(hào)發(fā)射板和信號(hào)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(cè)信號(hào)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(jìn)行信號(hào)采集，保證數(shù)據(jù)在時(shí)間上的一致性;信號(hào)處理從板與信號(hào)接收從板連接，控制信號(hào)處理從板完成另一半通道數(shù)據(jù)的接收;所述信號(hào)發(fā)射板用于完成24路線性調(diào)頻探測(cè)信號(hào)的發(fā)射;信號(hào)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(hào)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(hào)發(fā)射板包括24個(gè)發(fā)射模塊，可完成I至24路信號(hào)的發(fā)射。信號(hào)接收主板和信號(hào)接收從板均包括8個(gè)接收模塊，分別用于完成I至64路信號(hào)的接收和65至128路信號(hào)的接收。
[0019]信號(hào)處理主板和信號(hào)處理從板的硬件電路是一樣的，僅從功能上進(jìn)行劃分。信號(hào)處理主板、從板和信號(hào)發(fā)射板之間的協(xié)調(diào)關(guān)系是:信號(hào)開始采集時(shí)，信號(hào)處理主板單元發(fā)出同步信號(hào)，通知信號(hào)發(fā)射板發(fā)射線性調(diào)頻探測(cè)信號(hào)，同時(shí)信號(hào)接收主板和信號(hào)接收從板開始工作，進(jìn)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(shí)各通道數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)必須是同一時(shí)刻的，有效性是指采集到的數(shù)據(jù)必須是發(fā)射探測(cè)信號(hào)之后采集的。本案通過搭建主、從信號(hào)處理板框架，二者合理、協(xié)調(diào)控制整個(gè)測(cè)深系統(tǒng)運(yùn)作；既彌補(bǔ)了現(xiàn)有單獨(dú)信號(hào)處理單元數(shù)據(jù)處理能力不足的問題，使得信號(hào)處理過程更加簡(jiǎn)潔流暢，提高了系統(tǒng)的運(yùn)作速率，保證了多波束測(cè)深系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性。
[0020]進(jìn)一步地，所述信號(hào)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(jí)固定增益放大模塊、可控增益放大模塊、二級(jí)固定增益放大模塊、帶通濾波器和三級(jí)固定增益放大模塊組成。由于海底回波信號(hào)通過換能器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后，能量比較微弱，并且信號(hào)本身包含各種頻帶的環(huán)境噪聲，對(duì)發(fā)射接收信號(hào)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(hào)和增益控制增大信號(hào)能量，以提高接收信噪比。此外，除了固定三級(jí)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(hào)能量衰減規(guī)律自動(dòng)調(diào)節(jié)增益大小，補(bǔ)償由于回波信號(hào)由于球面擴(kuò)散和水體吸收帶來的能量損失，以提高回波質(zhì)量。信號(hào)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(hào)處理。信號(hào)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(shí)施例僅是示例性的，并不會(huì)局限本實(shí)用新型，應(yīng)當(dāng)指出對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在本實(shí)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(jìn)，均應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于線性調(diào)頻信號(hào)多波束測(cè)深儀的硬件電路，包括信號(hào)處理板、信號(hào)發(fā)射板、信號(hào)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(hào)處理板包括信號(hào)處理主板和信號(hào)處理從板，信號(hào)接收板包括信號(hào)接收主板和信號(hào)接收從板，其中，信號(hào)處理主板分別與信號(hào)發(fā)射板和信號(hào)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(cè)信號(hào)的發(fā)射和控制數(shù)據(jù)采集的同步功能；信號(hào)處理從板與信號(hào)接收從板連接，控制信號(hào)處理從板完成另一半通道數(shù)據(jù)的接收;所述信號(hào)發(fā)射板用于完成24路線性調(diào)頻探測(cè)信號(hào)的發(fā)射;信號(hào)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(hào)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(hào)多波束測(cè)深儀的硬件電路，其特征在于:所述信號(hào)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(jí)固定增益放大模塊、可控增益放大模塊、二級(jí)固定增益放大模塊、帶通濾波器和三級(jí)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(hào)多波束測(cè)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(hào)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(hào)多波束測(cè)深儀的硬件電路，其特征在于:所述信號(hào)發(fā)射板包括24個(gè)發(fā)射模塊，完成I至24路信號(hào)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(hào)多波束測(cè)深儀的硬件電路，其特征在于:所述信號(hào)接收主板和信號(hào)接收從板均包括8個(gè)接收模塊，分別用于完成I至64路信號(hào)的接收和65至128路信號(hào)的接收。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于線性調(diào)頻信號(hào)的多波束測(cè)深儀的硬件電路。包括信號(hào)處理板、信號(hào)發(fā)射板、信號(hào)接收板以及電源板；信號(hào)處理板包括信號(hào)處理主板和信號(hào)處理從板，信號(hào)接收板包括信號(hào)接收主板和信號(hào)接收從板；信號(hào)處理主板分別與信號(hào)發(fā)射板和信號(hào)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(cè)信號(hào)的發(fā)射和控制數(shù)據(jù)采集的同步功能；信號(hào)處理從板與信號(hào)接收從板連接，控制信號(hào)處理從板完成另一半通道數(shù)據(jù)的接收。搭建主、從信號(hào)處理板框架，二者合理、協(xié)調(diào)控制整個(gè)測(cè)深系統(tǒng)運(yùn)作；既彌補(bǔ)了現(xiàn)有單獨(dú)信號(hào)處理單元數(shù)據(jù)處理能力不足的問題，使得信號(hào)處理過程更加簡(jiǎn)潔流暢，提高了系統(tǒng)的運(yùn)作速率，保證了多波束測(cè)深系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定和可靠性。
【IPC分類】G01C13/00
【公開號(hào)】CN205246072
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520963987
【發(fā)明人】劉沖, 羅宇, 鄔松
【申請(qǐng)人】江蘇中海達(dá)海洋信息技術(shù)有限公司
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年11月30日