[發(fā)明專利]一種基于聲波高更新率發(fā)射模式的目標探測方法及裝置

有效

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• 申請日: 2017-03-16
• 公開（公告）號: CN108627839B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王潤田;陳晶晶;鄒彬彬;郭英歌;郭璇;孫小偉;馮強峰;楊文俊;任飛
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
• 主分類號: G01S15/00
• 分類號: G01S15/00;G01S15/50
• 代理公司: 北京方安思達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11472
• 代理人: 王宇楊;陳琳琳

本發(fā)明提供了一種基于聲波高ping率發(fā)射模式的目標探測方法及裝置，該目標探測方法及裝置采用了在不同時刻發(fā)送不同指向的波束，借鑒了時分復(fù)用技術(shù)的思想，以減少波束間的相互干擾，在發(fā)射聲波時只需要考慮信號的時長以及接收系統(tǒng)的處理時間，最大限度地提高了系統(tǒng)發(fā)射聲波的ping率；通過對目標的多點分布掃描，縮短了發(fā)射波束的寬度，使發(fā)射的波束能量比較集中，從而增強了波束的穿透深度和探測能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲學(xué)測量領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于聲波高ping率發(fā)射模式的目標探測方法及裝置。

背景技術(shù)

聲學(xué)測量是進行非接觸式測量的有效手段，在很多場合需要利用聲學(xué)手段對待測目標進行識別和測量。在利用聲學(xué)方式進行目標探測時，當目標有移動或是測量系統(tǒng)不能固定，需要走航測量時，聲波發(fā)射的更新率(或稱為ping率：在單位時間內(nèi)聲波發(fā)射的次數(shù))直接決定了測量結(jié)果的縱向分辨率(沿行進方向)，ping率越高，在縱向獲得的采樣點數(shù)越多則在該方向上的分辨率越高。

一般的聲學(xué)測量系統(tǒng)，主要是通過接收發(fā)射聲波作用到目標后的反射波來探測目標。當系統(tǒng)采用收發(fā)合置的工作方式時，ping率主要由聲波傳播時間以及系統(tǒng)的處理能力決定，在這種方式下，若針對大距離的測量，一般ping率都不會高，因為一次聲波發(fā)射完成后要等到接收到回波信號，并處理完成之后才能進行下一次測量，比如在水中測量時，按聲速1500m/s的速度計算的話，50米的距離只算傳播時間每秒鐘最多只能發(fā)射15次，再除去信號發(fā)送時間(按1ms的時間計算)以及接收處理時間，每秒鐘的ping率可能不到10次，在航速稍快的情況下很可能會漏掉探測對象。

若采用收發(fā)分置的工作方式，理論上可以實現(xiàn)高ping率的發(fā)射，比如類似以上提到的信號時長為1ms時，即使再加上1ms的信號拖尾，不考慮信號處理時間，采用收發(fā)分置的形式測量平整目標時1秒鐘最高ping率能達到500次。但是當考慮到被測目標有可能不是一個平整的面，而是有高低起伏時，ping率太高，就有可能由于目標的不平整使得前后兩次或是多次的信號混疊在一起使得系統(tǒng)無法識別；還有一種情況，當目標為多層結(jié)構(gòu)時，如果ping率太高，也有可能造成層次間的反射信號混疊導(dǎo)致測量失敗。現(xiàn)在許多聲學(xué)測量設(shè)備在使用收發(fā)分置工作方式時也都以降低ping率為代價消除這種信號混疊的現(xiàn)象，所以目前即使采用了收發(fā)分置的工作方式，聲波發(fā)射ping率也不會太高。

另外，多波束測深系統(tǒng)是廣泛使用的水聲測量系統(tǒng)，它采用廣角度發(fā)射多通道接收的方式一次能實現(xiàn)一個扇面的測量，但是由于是廣角度發(fā)射，能量比較分散，只能測量出水體的深度以及水底表面的情況，對于類似淺剖這樣需要有一定穿透深度的聲學(xué)測量設(shè)備，廣角度發(fā)射的方式不能滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決在聲學(xué)測量系統(tǒng)中因聲波發(fā)射ping率不高導(dǎo)致測量分辨率降低的技術(shù)問題，提供一種有效提高聲波發(fā)射ping率的目標探測方法及裝置，該方法及裝置采用收發(fā)分置的工作方式，綜合運用了時分、頻分以及碼分復(fù)用技術(shù)的思想，同時解決了原來因聲波發(fā)射ping率高而導(dǎo)致的信號混疊影響測量結(jié)果的問題。

為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明提供的一種基于聲波高ping率發(fā)射模式的目標探測方法，該目標探測方法利用發(fā)射系統(tǒng)在不同時刻發(fā)送指向某個角度的波束，并且該時刻發(fā)送信號的頻率與下一時刻不一樣來區(qū)分每個波束，兩個波束發(fā)射的時間間隔為所發(fā)射信號的時長加上接收系統(tǒng)處理發(fā)射時長的信號需要的時間，該方法具體包括：

步驟1)根據(jù)目標的范圍確定聲波的掃描寬度，選擇聲波信號發(fā)射的波束寬度；

步驟2)以步驟1)中選擇的波束寬度，計算獲得覆蓋掃描寬度所需的波束數(shù)量及各波束的發(fā)射角度；

步驟3)按步驟2)中確定的各發(fā)射角度逐一發(fā)射波束，且保持相鄰的兩個波束的頻率不同，相鄰的兩個波束之間的發(fā)射時間間隔相同，發(fā)射時間間隔大于等于發(fā)射信號時長與接收回波信號時進行信號處理所需要的時長之和；