[發(fā)明專利]一種多波束剖面聲納信號(hào)處理裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710064132.0
• 申請(qǐng)日: 2007-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN101055311A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 桑恩方;房曉明;王繼勝;郭元曦;喬鋼;卞紅雨;徐小卡;王海峰;鄧敬賢;沈政燕;李微微;趙景義;安巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國海洋石油總公司;海洋石油工程股份有限公司;哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S7/52
• 分類號(hào): G01S7/52;G01S7/53;G01S7/524;G01S7/527;G01S15/00;G06F19/00
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 徐寧;關(guān)暢

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種采用高速DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)的多波束剖面聲納信號(hào)處理裝置。

背景技術(shù)

近年來隨著聲納技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于聲納信號(hào)處理系統(tǒng)的大容量實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力也提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的主動(dòng)聲納信號(hào)處理系統(tǒng)大多采用專用的硬件結(jié)構(gòu)來完成特定的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，換能器后端直接接入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采集，數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理器處理。此類系統(tǒng)只能針對(duì)固定的換能器，并有固定的處理速度，一旦換能器變化或者處理速度要求更高，系統(tǒng)就無能為力了。傳統(tǒng)的剖面聲納多為單波束、低頻、大功率淺地層剖面聲納，該類聲納主要特點(diǎn)是頻率比較低，能夠剖析到較深的地層，但是對(duì)近距離高分辨率的目標(biāo)分辨能力比較差。剖面聲納系統(tǒng)的分辨率直接與聲納信號(hào)的帶寬有關(guān)，結(jié)合具體的石油管線探測需求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種多波束，發(fā)射信號(hào)頻率在35KHz-65KHz，帶寬為30KHz的高精度剖面聲納是一重要的研究課題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種可以方便地由水下遙控機(jī)器人等水下載體攜帶，能以較高的分辨率探察出海底石油管線的方位的多波束剖面聲納信號(hào)處理裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種多波束剖面聲納信號(hào)處理裝置，其特征在于：它包括水上主機(jī)，設(shè)置在水下機(jī)器人上的發(fā)射及控制DSP部分，發(fā)射信號(hào)調(diào)理部分、功率放大器、發(fā)射換能器、接收換能器、模擬信號(hào)采集傳輸部分、數(shù)據(jù)接收端口和DSP并行信號(hào)處理部分；所述發(fā)射及控制DSP部分通過纜線與所述水上主機(jī)串口連接，實(shí)時(shí)接收所述水上主機(jī)的命令，完成發(fā)射脈沖波形的產(chǎn)生，及實(shí)時(shí)功率控制和發(fā)射控制；所述發(fā)射信號(hào)調(diào)理部分將發(fā)射及控制DSP部分產(chǎn)生的模擬信號(hào)進(jìn)行放大、濾波，經(jīng)過隔離放大器電路隔離的輸出端，發(fā)送給所述功率放大器放大，所述發(fā)射換能器將信號(hào)進(jìn)行電、機(jī)轉(zhuǎn)換后，向水下發(fā)射；所述接收換能器接收回波，并進(jìn)行機(jī)、電轉(zhuǎn)換后，通過所述模擬信號(hào)采集傳輸部分轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，經(jīng)由水密封電纜傳輸?shù)剿鰯?shù)據(jù)接收端口，再經(jīng)所述DSP并行信號(hào)處理部分進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理后，通過纜線傳輸給水上主機(jī)顯示存儲(chǔ)。

所述發(fā)射及控制DSP部分、發(fā)射信號(hào)調(diào)理部分、數(shù)據(jù)接收端口和DSP并行信號(hào)處理部分設(shè)置在所述水下機(jī)器人的儀器艙內(nèi)；所述功率放大器和模擬信號(hào)采集傳輸部分分別連接并設(shè)置在所述發(fā)射換能器和接收換能器的背部空腔內(nèi)，所述功率放大器和模擬信號(hào)采集傳輸部分分別與通過水密封纜線連接所述發(fā)射信號(hào)調(diào)理部分和數(shù)據(jù)接收端口。

所述發(fā)射換能器和接收換能器均采用復(fù)合縱向振動(dòng)換能器陣子，且所述發(fā)射換能器和接收換能器呈T字形固定在所述水下機(jī)器人的底部，與海底平行。

所述發(fā)射及控制DSP部分包括依次連接的光電轉(zhuǎn)換器、電平轉(zhuǎn)換器、DSP和D/A。

所述發(fā)射信號(hào)調(diào)理部分包括依次連接的模擬信號(hào)放大電路、模擬信號(hào)濾波電路和隔離放大器電路；所述信號(hào)調(diào)理部分的帶通濾波在35kHz-65kHz的頻率范圍內(nèi)起伏，通帶內(nèi)外的抑制比大于40dB。

所述模擬信號(hào)采集傳輸部分包括依次連接的前置放大器、信號(hào)調(diào)理器、采樣保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、可編程邏輯器件和網(wǎng)絡(luò)接口；模擬信號(hào)依次通過前置放大器、信號(hào)調(diào)理器、采樣保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器后轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再通過所述可編程邏輯器件配合網(wǎng)絡(luò)接口輸出。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明由于采用了多波束的接收換能器代替以往的單波束換能器，因此可以通過接收多波束的回波信號(hào)，進(jìn)行波束形成、脈沖壓縮等算法實(shí)現(xiàn)對(duì)海底石油管線的方位探測。2、由于采用探測信號(hào)的頻段為35kHz～65kHz，帶寬30KHz，大大提高了系統(tǒng)的探測頻段，提高了系統(tǒng)的相對(duì)帶寬從而減小了發(fā)射及接收換能器的尺寸和重量、并且提高了系統(tǒng)的分辨率。3、本發(fā)明采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行水下單元與水上主機(jī)的通信，替代了以往的串口傳輸，數(shù)據(jù)傳輸率得到了很大的提高，并且接口方便。本發(fā)明可以廣泛用于海洋、湖泊底部管線的探測，也可用于地質(zhì)和考古的探測和海深及海底沉積層的測量和分類等。

附圖說明

圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)框圖

圖2是本發(fā)明發(fā)射及控制DSP部分原理結(jié)構(gòu)框圖

圖3是本發(fā)明模擬信號(hào)采集傳輸部分原理結(jié)構(gòu)框圖

圖4是本發(fā)明DSP并行信號(hào)處理部分原理結(jié)構(gòu)框圖

圖5是本發(fā)明在海底機(jī)器人的安裝結(jié)構(gòu)圖

圖6是本發(fā)明接收換能器與發(fā)射換能器組裝結(jié)構(gòu)圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。