[發(fā)明專利]水下運動目標(biāo)回波模擬方法及收發(fā)一體化裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710308617.3
• 申請日: 2017-05-04
• 公開（公告）號: CN107219513B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮西安;張楊梅;寇思瑋;黃輝
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種水下運動目標(biāo)回波模擬方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：將產(chǎn)生的脈沖波形u(n)轉(zhuǎn)換為模擬信號u(t)，u(n)＝u(t)_t＝n/fs1；所述脈沖波形u(n)的脈寬T，帶寬B，轉(zhuǎn)換模擬信號的轉(zhuǎn)換速率f_s1，脈沖重復(fù)周期PRT；n為正整數(shù)表示采樣序號；

步驟2：對模擬信號u(t)進行功率放大后通過發(fā)射陣的單陣元向水介質(zhì)中發(fā)射聲波，聲波傳播后為x(t)＝u(t)*h(t)，h(t)是信道特性；

步驟3：將接收的經(jīng)過水介質(zhì)傳播的聲波x(t)進行放大和濾波；

步驟4：以采樣頻率f_s2對聲波x(t)進行采集，得到Q個脈沖波形x(n)＝x(t)_t＝n/fs2＝x(n/f_s2)；所述采樣頻率f_s2滿足采樣定理；

步驟5、離線處理Q個脈沖波形：對波形壓縮y(n)＝x(κn)，第q個脈沖波形y(n-dτ)，其中距離走動第一個脈沖距離走動為0；其中：壓縮量κ＝1-β，v_r為以速度運動的目標(biāo)信息的距離向分量，v_θ為速度的方位向分量；c為水中聲速；

步驟6：將處理的Q個脈沖按照時間順序，依次切換到發(fā)射陣的單陣元上，然后進行數(shù)模轉(zhuǎn)換為模擬信號z_q(t)，將模擬信號z_q(t)進行功率放大并發(fā)射水介質(zhì)中，聲波傳播后為z'_q(t)＝z_q(t)*h(t)；

當(dāng)單個陣元切換時，第q個脈沖的波形為z_q(n)＝y(tǒng)(n-dτ)，應(yīng)切換的陣元位置為dl＝(q-1)v_θ·PRT，模擬速度為v_θ＝Δ/PRT的運動目標(biāo)；若每兩個陣元切換一次時，模擬速度為v_θ＝2Δ/PRT；其中：Δ為陣元間距；

步驟7：接收陣元接收經(jīng)過水介質(zhì)傳播的聲波，第m個陣元信號為g_m(t)＝z'_q[t-τ_m(θ)]，其中其中Δ是陣元間距，θ是聲源方向；

步驟8：在數(shù)字系統(tǒng)端，以采樣頻率f_s2對接收陣元接收進行采樣，得到信號數(shù)據(jù)g_m(n)＝g_m(n/f_s2)。

2.一種實現(xiàn)權(quán)利要求1所述水下運動目標(biāo)回波模擬方法的收發(fā)一體化裝置，其特征在于包括數(shù)字系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)；所述數(shù)字系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集單元和計算單元；所述發(fā)射系統(tǒng)包括功率放大單元和發(fā)射陣；所述接收系統(tǒng)包括模擬預(yù)處理單元和接收陣；發(fā)射陣和接收陣布放于消聲水池的兩端，接收陣通過模擬預(yù)處理單元與數(shù)據(jù)采集單元連接，數(shù)據(jù)采集單元通過功率放大單元與發(fā)射陣連接，數(shù)據(jù)采集單元與計算單元連接；信息流為：計算單元產(chǎn)生的原始發(fā)射信號，經(jīng)過數(shù)據(jù)采集單元轉(zhuǎn)換為模擬信號，經(jīng)過功率放大單元將該信號放大后通過發(fā)射陣向水介質(zhì)中發(fā)射原始信號波形的聲波；接收陣接收經(jīng)過水介質(zhì)傳播的原始波形后由模擬預(yù)處理單元將該信號放大濾波，數(shù)據(jù)采集單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸出至計算單元，完成原始信號的一次發(fā)射和接收；如果需要得到加入運動信息的水聲信號，則由計算單元對接收的信號加入目標(biāo)運動信息，生成運動目標(biāo)回波波形后由數(shù)據(jù)采集單元轉(zhuǎn)換為模擬信號，再次經(jīng)過功率放大單元將信號放大后通過發(fā)射陣向水介質(zhì)中發(fā)射運動目標(biāo)回波波形的聲波；接收陣接收經(jīng)過水介質(zhì)傳播的運動目標(biāo)回波波形的聲波后由模擬預(yù)處理單元將該信號放大濾波，數(shù)據(jù)采集單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后輸出至計算單元，計算單元得到具有運動信息的水聲信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于：所述各單元之間的連接電纜采用屏蔽電纜；接收陣端和發(fā)射陣端的屏蔽電纜連接為水密連接；其它各連接端為BNC連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集單元包括一個DAC卡、二個ADC卡和一個PXLe-1073機箱；DAC卡的模擬輸出端通過BNC信號線與發(fā)射系統(tǒng)的功率放大單元輸入端連接，DAC卡的數(shù)字IO線與模擬預(yù)處理的TVG端口連接；ADC卡的模擬輸入端與模擬預(yù)處理輸出端連接，ADC卡的數(shù)字輸出端通過ExpressCard卡與計算單元連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)采集單元的ADC卡，采用24位分辨率、114dB動態(tài)范圍的高速高精度多通道數(shù)據(jù)采集卡。