[發明專利]一種水下多波束測探系統及其探測方法

無效

• 申請號: 201010195895.0
• 申請日: 2010-06-07
• 公開（公告）號: CN101852854A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 韋崗;陳庭柱;曹燕;寧更新;張軍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01S15/08
• 分類號: G01S15/08;G01S7/539
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

1.一種水下多波束測探系統，包括微機控制系統(1)，其特征在于：還包括通過總線接口與微機控制系統(1)連接的聲波發射系統(2)和聲波接收檢測系統(3)，所述聲波發射系統(2)設置有多個單一發射基元(8)，每個單一發射基元(8)包含多個諧振頻率不同的發射換能器(21)。

2.根據權利要求1所述的水下多波束測探系統，其特征在于：所述聲波發射系統(2)還包括發射控制處理中心(5)，微機控制系統(1)通過第一總線接口(4)連接發射控制處理中心(5)的輸入端；發射控制處理中心(5)的輸出端通過第一接口(6)與多個單一發射基元(8)相連，多個單一發射基元(8)用于頻率碼的同步傳輸，發射控制處理中心(5)還通過第二接口(7)與多個單一發射基元(8)相連，用于地址碼的同步傳輸。

3.根據權利要求1所述的水下多波束測探系統，其特征在于：所述聲波接收檢測系統(3)包括接收控制處理中心(11)、與接收控制處理中心(11)連接的信號預處理模塊(10)、高速存儲器(12)、波束形成模塊(13)、回波時頻同步估計模塊(14)，接收控制處理中心(11)通過第二總線接口(15)與微機控制系統(1)連接，多個信號預處理模塊(10)各自連接有用以接收水底反射回波的接收換能器陣列(9)。

4.根據權利要求3所述的水下多波束測探系統，其特征在于：所述多個單一發射基元(8)按等間距排列組成均勻發射線陣，并沿船底龍骨布設；所述接收換能器陣列(9)采用等間距的水聲換能器組成的均勻線陣并沿垂直船底龍骨方向布設。

5.權利要求1所述的水下多波束測探系統的測探方法，所述聲波發射系統(2)和聲波接收檢測系統(3)均具備“掃頻選頻”和“跳頻測深”兩種工作模式，其特征在于：該測探方法包括下列步驟：

步驟1：在“掃頻選頻”模式下，微機控制系統(1)從聲波發射系統(2)發射的掃頻水聲信號篩選出受衰減和干擾影響較小的頻點；

步驟2：在“跳頻測深”模式下根據步驟1篩選出的頻點發射水聲跳頻探測信號，聲波接收檢測系統(3)通過短時傅里葉變換(STFT)對各波束角度下的接收信號進行時頻分析，從而捕獲到與發送出的探測信號跳頻規律相一致的回波信號；

步驟3：將步驟2捕獲的時間作為該波束角度下的回波到達時間進行深度值的計算。

6.根據權利要求5所述的水下多波束測探系統的測探方法，其特征在于：步驟1包括下列過程：

步驟11：微機控制系統(1)向聲波發射系統(2)的發射控制處理中心(5)和聲波接收檢測系統(3)的接收控制處理中心(11)發送控制指令，使測探系統進入“掃頻選頻”工作模式，并同時傳送此階段必須的跳頻參數；

步驟12：“掃頻選頻”模式下，發射控制處理中心(5)在跳頻帶寬允許的頻率范圍內按照跳頻間隔的要求生成頻點集合和對應的頻率碼集合，并將各頻率碼與相應的發射換能器(21)地址碼分組，再按分組次序將頻率碼和地址碼發送給單一發射基元(8)；單一發射基元中(8)根據頻率碼產生不同頻率的信號，再根據地址碼將信號送入指定的發射換能器(21)進行發射；帶有掃頻特性的聲波信號連續發送至水下并經水底反射后由聲波接收檢測系統(3)接收；

步驟13：聲波接收檢測系統(3)的接收換能器陣列(9)接收回波信號，并由信號預處理模塊(10)進行相關的放大濾波和采樣，然后接收控制處理中心(11)將離散的各路采樣數據按時間先后進行存儲，并指示波束形成模塊(13)取出采樣數據進行波束形成，并存儲波束形成模塊(13)波束形成后輸出的帶有角度、幅度和時間信息的時間片；在波束形成進行的同時，接收控制處理中心(11)指示回波時頻同步估計模塊(14)對波束形成模塊(13)輸出的同波束角度下時間片進行短時傅里葉變換頻域分析，并通過門限比較輸出超過閥值的頻點，并將這些頻點信息傳回給接收控制處理中心(11)進行保存；接收控制處理中心(11)把得到的不同波束角度下保存的頻點集合以及頻點所對應的幅度信息傳送給微機控制系統(1)進行篩選。