[發明專利]一種單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統及其方法

在審

• 申請號: 202010255071.1
• 申請日: 2020-04-02
• 公開（公告）號: CN111257894A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 張玉濤;李國棟;湯濤林;尹項博;魏珂
• 申請（專利權）人: 中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所;青島海洋科學與技術國家實驗室發展中心
• 主分類號: G01S15/96
• 分類號: G01S15/96;G01S7/527;G01S7/536
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 王一琦

1.一種單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是：包括有對采集的回波信號進行處理的回波信號采集轉換單元、數字信號處理單元；

所述回波信號采集轉換單元包括有接收換能器收到的回波信號的收發轉換電路、耦接于收發轉換電路以對回波信號進行匹配隔離的匹配隔離電路、耦接于匹配隔離電路以進行回波信號增益控制的時變增益控制電路、耦接于時變增益控制電路以固定增益并進行濾波的模數轉換驅動電路、耦接于模數轉換驅動電路以對回波信號進行模數轉換并輸出至數字信號處理單元的模數轉換電路；

所述數字信號處理單元包括有帶通濾波器、匹配濾波器及包絡檢波器。

2.根據權利要求1所述的單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是：所述數字信號處理單元為對經過回波信號采集轉換單元處理的回波信號進行處理的FPGA；所述FPGA發送有控制所述收發轉換電路開啟接收回波信號的接收控制信號、按照設定的時間曲線控制所述時變增益控制電路增益大小的輸出控制信號。

3.根據權利要求2所述的單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是：所述回波信號采集轉換單元還包括有一耦接于時變增益控制電路與FPGA之間以將FPGA的輸出控制信號轉換成電壓信號輸入至時變增益控制電路的數模轉換電路。

4.根據權利要求3所述的單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是：所述時變增益控制電路為正增益斜率模式的可變增益放大器。

5.根據權利要求4所述的單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是：所述隔離匹配電路為原邊輸入與換能器輸出匹配、副邊輸出與變增益控制電路的輸入相匹配的變壓器；所述變壓器的原邊耦接于收發轉換電路的輸出端、副邊耦接于時變增益控制電路的輸入端。

6.根據權利要求5所述的單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是：所述時變增益控制電路的兩個輸入端與隔離匹配電路的副邊之間分別串聯有進行截止頻率設定調節的第一電容及第二電容。

7.根據權利要求6所述的單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是：所述模數轉換驅動電路包括有耦接于時變增益控制電路的輸出端以對回波信號進行濾波的前濾波模塊、耦接于前濾波模塊進行模數轉換驅動處理的模數轉換驅動模塊、耦接于模數轉換驅動模塊對輸出的回波信號進行低通濾波以輸出至模數轉換電路的低通濾波器。

8.一種單波束寬頻探魚儀回波信號檢測方法，其特征是，包括有以下步驟：

收發轉換電路接收從換能器收到的回波信號，并發送至隔離匹配電路進行回波信號的阻抗匹配和電路隔離；

數字信號處理單元按照設定的時間曲線發送輸出控制信號，以控制數模轉換電路輸出相對應的電壓信號；

時變增益控制電路接收隔離匹配后的回波信號并根據需求的電壓信號調整回波信號增益的大小；

模數轉換驅動電路接收調整增益大小后的回波信號，進行固定增益及濾波處理后輸出至模數轉換電路；

模數轉換電路將模數轉換處理后的回波信號發送至數字信號處理單元；

數字信號處理單元的帶通濾波器進行高階帶通濾波，并將濾波后的數字回波信號發送至匹配濾波器進行匹配濾波；

完成濾波后的回波信號通過包絡檢波器傳送至顯示系統進行顯示。

9.根據權利要求8所述的單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是，數字信號處理單元的具體處理步驟如下：

高階帶通濾波器進行濾波；

計算獲得匹配濾波器的各點數據，并導入至數字信號處理單元的處理器FPGA中，回波信號經過匹配濾波器時進行卷積計算；

將所有的點數據的卷積結果記錄，對匹配濾波后的結果進行包絡檢波處理。

10.根據權利要求9所述的單波束寬頻探魚儀回波信號檢測系統，其特征是，匹配濾波器及包絡檢波器的處理過程具體包括有：

通過實時進行匹配濾波器的計算，存儲設定數量為X的點數據；

當后一輸入即X+1的點數據時進行卷積，保存卷積結果后刪除第一個點，并將第X+1個點讀入匹配濾波器進行卷積計算；

重復進行卷積計算直至無新的點數據輸入，完成所有點數據的卷積結果記錄；

將匹配濾波器所有的卷積結果取絕對值；

通過低通濾波器進行濾波；

將處理后的結果發送。