專利名稱：一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)技術(shù)。
背景技術(shù)：
聲成像是水下探測(cè)、超聲醫(yī)療檢測(cè)、無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域常用的技術(shù)手段。多波束聲 成像主要分為電子多波束成像和聲透鏡多波束成像兩種方式。聲透鏡成像的原理跟 光學(xué)透鏡成像的原理相同，都是通過(guò)透鏡將不同方向到來(lái)的波聚焦在透鏡焦平面上 的不同位置來(lái)成像。不過(guò)光學(xué)透鏡成像一般是利用環(huán)境光，而聲學(xué)透鏡成像必須另 外發(fā)射聲波，相當(dāng)于光學(xué)透鏡成像時(shí)使用閃光燈。
用聲透鏡成像的優(yōu)點(diǎn)主要是電路簡(jiǎn)單、能耗低，對(duì)于中等視角的高分辨率成像， 換能器陣的基元數(shù)可以比電子多波束成像方式減少一半以上。然而，即使這樣，因 為聲透鏡成像一般都要求有很高的角度分辨率，因此仍然需要大量的換能器基元， 比如0.3度分辨率、30度視角的二維成像需要IOO個(gè)左右基元(電子多波束實(shí)現(xiàn)0.3 度分辨率需要300個(gè)基元)，三維成像則需要10000個(gè)左右的基元。不管是電子多波 束方式還是聲透鏡方式，通常一個(gè)基元需要一個(gè)接收通道，因此高分辨率聲透鏡成 像的接收通道數(shù)仍然非常巨大。
國(guó)外在進(jìn)行水下聲透鏡成像時(shí)采用過(guò)一些減少接收通道的方法，比如Edward 0. Belcher等人(見Edward 0. Belcher and Hien Q. Dinh " Limpet Mine Image Sonar", Proceedings of SPIE， Vol. 3771, Annual International Symposium on Aerosense, Orlando FL, April 1999)所采用的分時(shí)收發(fā)的通道結(jié)構(gòu)。然而，這種結(jié)構(gòu)雖然節(jié)省了接收通 道，但是因?yàn)槭峭ㄟ^(guò)分時(shí)收發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)，是通過(guò)降低成像速度來(lái)達(dá)到節(jié) 省收發(fā)通道數(shù)的，因而每節(jié)省1倍通道數(shù)，就要相應(yīng)的降低1倍成像速度。雖然他 們的方法在近距離時(shí)(比如10米以內(nèi))能夠滿足快速成像的要求，但是對(duì)于相對(duì)較 遠(yuǎn)的距離，如果希望通過(guò)聲透鏡聲納反映物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么成像速度是不夠的 (比如DIDSON聲透鏡成像聲納在40米距離時(shí)成像速度大約只有2幀/秒)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種聲透鏡成像聲納的收、發(fā)通道設(shè)計(jì)技術(shù)。該技術(shù)通 過(guò)采用多組正交編碼信號(hào)調(diào)制正弦波載波而產(chǎn)生的調(diào)相信號(hào)作為聲透鏡成像聲納的 發(fā)射信號(hào)，使得多路接收通道可以合并，將收發(fā)通道總數(shù)減少幾倍甚至十幾倍，但 并不降低成像速度。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，包括聲透鏡、 發(fā)射基元和接收基元，其特征在于，采用多組M序列、GOLD序列或其他正交編碼 序列調(diào)制正弦波載波產(chǎn)生的調(diào)相信號(hào)作為聲透鏡成像聲納的信號(hào)，并采用分組發(fā)射、 分組接收的方式進(jìn)行傳輸，每一個(gè)所述發(fā)射基元發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過(guò)所述聲透鏡聚焦 后，經(jīng)過(guò)物體反射后的回波回到同樣序號(hào)的所述接收基元上。
將所述發(fā)射基元分組，其組數(shù)與所采用的正交編碼序列組數(shù)相等，同一組的各 個(gè)發(fā)射基元同時(shí)加上相同的發(fā)射信號(hào)，不同組的發(fā)射基元上所加的發(fā)射信號(hào)各不相 同，不同組發(fā)射基元上的不同發(fā)射信號(hào)由同一個(gè)發(fā)射電路分時(shí)段順序加上，或者由 多個(gè)發(fā)射電路同時(shí)分別加上。
所述接收基元與所述發(fā)射基元采用不同的方式分組，每一接收組中各個(gè)接收基 元所對(duì)應(yīng)的所述發(fā)射基元均屬于不同的發(fā)射組，每一組中各個(gè)接收基元接收到的信 號(hào)經(jīng)過(guò)同一個(gè)接收通道(包括放大、混頻、慮波)后轉(zhuǎn)入后續(xù)處理，不同組的接收 基元接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的接收通道，經(jīng)過(guò)每一路接收通道后進(jìn)入DSP的信號(hào)，都 分別與發(fā)射信號(hào)中所采用的不同的正交編碼序列信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理。
其中，所述發(fā)射基元可采用間隔分組形式編組，所述接收基元可采用順序分組 形式編組。
另外，本發(fā)明可分為基本型結(jié)構(gòu)和精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)兩種。基本型結(jié)構(gòu)中，所述發(fā)射 信號(hào)采用同一頻段內(nèi)的多組不同的編碼信號(hào)，所述發(fā)射基元的組數(shù)與所述發(fā)射信號(hào) 的組數(shù)相同，同一組發(fā)射基元采用同樣的發(fā)射信號(hào)，由同一個(gè)發(fā)射電路發(fā)射，不同 組的發(fā)射基元采用不同的發(fā)射信號(hào)，由不同的發(fā)射電路發(fā)射。該情況下，所述發(fā)射 基元和所述接收基元可以是收發(fā)分置或收發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣，當(dāng)為收 發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣時(shí)，在大于10米的遠(yuǎn)距離情況下，所述發(fā)射信號(hào)采 用511位以上的正交編碼體制，在10米以內(nèi)的近距離情況下，收發(fā)信號(hào)采用分時(shí)方 式。
另外，本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)中，所述發(fā)射電路數(shù)量少于所述發(fā)射信號(hào)的組數(shù)，采用多路轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，分時(shí)段連續(xù)地將多組信號(hào)分 別按序發(fā)射到各組發(fā)射基元上，每個(gè)時(shí)段的發(fā)射信號(hào)是不同的正交編碼調(diào)制的信號(hào)。 該情況下，所述發(fā)射基元和所述接收基元可以是收發(fā)分置或收發(fā)合置的發(fā)射和接收 換能器基陣，當(dāng)為收發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣時(shí)，所述發(fā)射通道應(yīng)大于2。
如上所述，基本型結(jié)構(gòu)在大幅度減少接收通道時(shí)需要適當(dāng)增加發(fā)射通道，但并 不增加發(fā)射總功率，因此基本沒(méi)有增加發(fā)射電路的復(fù)雜性。精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)在大幅度減 少接收通道時(shí)，不增加發(fā)射通道，但在換能器收發(fā)合置時(shí)會(huì)增加盲區(qū)；在換能器收 發(fā)分置時(shí)，需要在收發(fā)通道之間、收發(fā)基陣之間進(jìn)行良好隔離，以避免盲區(qū)。
由此，本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，通過(guò)采用多組正交編碼信號(hào) 調(diào)制正弦波載波而產(chǎn)生的調(diào)相信號(hào)作為聲透鏡成像聲納的發(fā)射信號(hào)，使得多路接收 通道可以合并，將收發(fā)通道總數(shù)減少幾倍甚至十幾倍，但兩種結(jié)構(gòu)都不降低成像速 度，可以實(shí)現(xiàn)相對(duì)較遠(yuǎn)距離時(shí)的聲學(xué)攝像(40米距離時(shí)能做到18幀/秒)。


圖1是本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的發(fā)射基元與接收基元排列示 意圖。
圖2是本發(fā)明基本型結(jié)構(gòu)的發(fā)射通道示意圖。 圖3是本發(fā)明基本型結(jié)構(gòu)的接收通道示意圖。 圖4是本發(fā)明精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)的發(fā)射通道示意圖。
圖5是10個(gè)等幅度正交編碼信號(hào)同時(shí)到達(dá)時(shí)相干處理提取一組信號(hào)的信噪比仿 真結(jié)果。
圖6是3個(gè)等幅度正交編碼信號(hào)同時(shí)到達(dá)時(shí)相干處理提取一組信號(hào)的信噪比仿真 結(jié)果。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，用二維成像的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的聲透鏡成像聲 納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的原理。
圖1是本發(fā)明的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)的發(fā)射基元與接收基元排列示 意圖。其中A是聲透鏡，B是發(fā)射基元組，C是接收基元組。相同序列號(hào)的發(fā)射基 元與接收基元可以是同一個(gè)壓電陶瓷片(收發(fā)合置)，也可以是不同的兩個(gè)壓電陶瓷 片(收發(fā)分置)圖2是本發(fā)明基本型結(jié)構(gòu)的發(fā)射通道示意圖，其中Ol、 02、 03、 04……98、 99、 100為發(fā)射基元，Al、 A2、 A3、 A4、 A5、 A6、 A7、 A8、 A9、 A10是第1 第10 個(gè)發(fā)射電路；Bl、 B2、 B3、 B4、 B5、 B6、 B7、 B8、 B9、 B10是第1 第10組編碼 調(diào)制信號(hào)，C是由DSP和D/A轉(zhuǎn)換器組成的信號(hào)發(fā)生器。每個(gè)發(fā)射通道實(shí)際上應(yīng)該 有10路接收信號(hào)，圖中只畫出了2路。
圖3是本發(fā)明基本型結(jié)構(gòu)的接收通道示意圖，其中Ol、 02、 03、 04……98、 99、 IOO為接收基元，其中A1、 A2……A10是指第1 第IO個(gè)接收通道。圖中省略了 接收通道2 9與相應(yīng)的接收基元間的連接。
圖4是本發(fā)明精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)發(fā)射通道示意圖，其中Al、 A2……A10分別表示"時(shí) 段1接通"……"時(shí)段10接通"，AA是多路轉(zhuǎn)換器，AAA是發(fā)射電路。B1、B2……B10 分別表示時(shí)段1、時(shí)段2……時(shí)段10發(fā)出的第1 第10組編碼調(diào)制信號(hào)，C是由 DSP和D/A轉(zhuǎn)換器組成的信號(hào)發(fā)生器。
圖5是10個(gè)等幅度正交編碼信號(hào)同時(shí)到達(dá)時(shí)，相干處理提取一組信號(hào)的信噪比 仿真結(jié)果。
圖6是3個(gè)等幅度正交編碼信號(hào)同時(shí)到達(dá)時(shí)，相干處理提取一組信號(hào)的信噪比 仿真結(jié)果。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地描述。
一、基本型結(jié)構(gòu)
1、基陣與通道的排列連接
在基本型結(jié)構(gòu)中，發(fā)射和接收換能器基陣可以采用收發(fā)分置或收發(fā)合置的方式。 假設(shè)有IOO個(gè)發(fā)射和接收基元，其排列方式如圖1所示。
發(fā)射信號(hào)采用同一頻段內(nèi)的多組不同的編碼信號(hào)。有多少組發(fā)射信號(hào)，便將發(fā) 射基元分成多少組。同一組發(fā)射基元采用同樣的發(fā)射信號(hào)，由同一個(gè)發(fā)射電路發(fā)射。 比如，對(duì)于圖1所示的100個(gè)發(fā)射基元，假設(shè)有10組相互正交的編碼序列調(diào)制的信 號(hào)可以選擇，可以每相隔IO個(gè)基元選取一個(gè)基元組成一組，由同一個(gè)電路發(fā)射同樣 一組信號(hào)，即第l、 U、 21、 31……71、 81、 91個(gè)基元用發(fā)射電路1發(fā)射第1組 信號(hào)，第2、 12、 22、 32……72、 82、 92個(gè)基元用發(fā)射電路2發(fā)射第2組信號(hào)，以 此類推，直至第IO、 20、 30、 40……80、 90、 100個(gè)基元用發(fā)射電路10發(fā)射第10
7組信號(hào)。
經(jīng)過(guò)聲透鏡聚焦后，每一個(gè)發(fā)射基元發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過(guò)物體反射后的回波將回到同樣序號(hào)的接收基元上。因此，接收處理中則是按順序?qū)⒔邮栈殖?0組，以保證每一組中的接收基元接收到的是不同類型的發(fā)射信號(hào)。即第1 第10個(gè)基元為同一個(gè)接收組，它們的接收信號(hào)同時(shí)輸入到接收通道l;第11 第20個(gè)基元為同一個(gè)接收組，它們的信號(hào)同時(shí)輸入到接收通道2 ;……；第91 第100個(gè)基元為同一個(gè)接收組，它們的信號(hào)同時(shí)輸入到接收通道10。接收通道由放大、混頻、濾波電
路組成。每個(gè)接收通道的輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D采樣后進(jìn)入數(shù)字信號(hào)處理機(jī)，再經(jīng)信號(hào)處理后送入顯示設(shè)備成像。
常規(guī)成像聲納的每個(gè)接收基元都需要1個(gè)接收通道，100個(gè)接收基元總共需要100路接收通道，100路A/D (并行采樣的情況下)，而經(jīng)過(guò)上述分組處理后，現(xiàn)在總共只需要10路接收通道，10路A/D，接收通道數(shù)減少了10倍，總采樣速率也降低了 10倍。雖然發(fā)射通道數(shù)從1路增加到了 10路，但是因?yàn)榭偟陌l(fā)射功率并沒(méi)有改變，實(shí)際上功耗和發(fā)射電路復(fù)雜度并未增加(相對(duì)于常規(guī)不允許分時(shí)發(fā)射的高速成像方式而言)。
也可以將發(fā)射基元與接收基元的分組方式互換(圖2和圖3所示)。實(shí)際上基元分組并無(wú)嚴(yán)格的空間排列要求，只需要滿足下述原則同一組的發(fā)射基元發(fā)射同樣的編碼序列調(diào)制的信號(hào)，同一組的接收基元接收不同的編碼序列調(diào)制的信號(hào)。從減小旁瓣干擾的角度考慮，發(fā)射間隔分組、接收順序分組為佳。
2、信號(hào)處理
發(fā)射信號(hào)采用數(shù)字調(diào)相信號(hào)，用正交編碼序列作為調(diào)制碼，載波信號(hào)為正弦信號(hào)，頻率根據(jù)成像設(shè)備使用的聲波頻率決定， 一般大于lMHz。發(fā)射信號(hào)通過(guò)DSP與D/A轉(zhuǎn)換器形成；接收信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻以后從高頻信號(hào)轉(zhuǎn)為基帶信號(hào)，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入DSP。這些都是常規(guī)技術(shù)，不必詳細(xì)說(shuō)明。
采用收發(fā)合置換能器陣進(jìn)行聲成像總是有盲區(qū)的，因?yàn)楸仨毜劝l(fā)射結(jié)束了才能開始接收。盲區(qū)是由發(fā)射信號(hào)長(zhǎng)度決定的。例如對(duì)于63位編碼信號(hào)，150kHz帶寬時(shí)(因?yàn)槁曂哥R成像的聲波頻率通常都高于lMHz，為了提高距離分辨率，且防止斑點(diǎn)噪聲，通常帶寬都在150kHz以上)，發(fā)射信號(hào)長(zhǎng)度是t = 0.42毫秒，盲區(qū)長(zhǎng)度為ct/2，c為水中聲速，取1500米/秒，則盲區(qū)為32厘米。這個(gè)距離實(shí)際上不到透鏡空間長(zhǎng)度的兩倍，在水下成像應(yīng)用中可以忽略不計(jì)。若采用511位編碼時(shí)，盲區(qū)為2.52米，
8但是信號(hào)的自相關(guān)和互相關(guān)性能可以大幅度提高。因此，在遠(yuǎn)距離情況下采用511位以上編碼的本發(fā)明體制，而在近距離(IO米以內(nèi))則可以采用Edward O. Belcher等人的分時(shí)方式，這樣便在近距離和遠(yuǎn)距離都可以實(shí)現(xiàn)高速成像。
采用收發(fā)分置換能器陣時(shí)，如果收發(fā)通道之間、收發(fā)換能器之間相互隔離很好，則可以認(rèn)為沒(méi)有盲區(qū)，在任何距離下都可以采用511位以上的正交編碼體制。否則盲區(qū)跟收發(fā)合置情況一樣。
下面說(shuō)明本發(fā)明中的接收信號(hào)在DSP中的處理流程
如前所述的發(fā)射間隔分組、接收順序分組方式，第1 第10個(gè)發(fā)射基元分別通過(guò)第1~第IO路發(fā)射電路發(fā)射了 IO個(gè)相互正交的編碼序列調(diào)相信號(hào)，因此通過(guò)聲透鏡聚焦后的第1 第IO路接收基元接收到的信號(hào)也是相互正交的編碼序列調(diào)相信號(hào)，這10個(gè)信號(hào)都是輸入到接收通道1的，亦即通過(guò)接收通道1的信號(hào)是由10個(gè)相互正交的編碼序列調(diào)相信號(hào)疊加而成的信號(hào)。因此，如果采用第1路發(fā)射信號(hào)的調(diào)制編碼序列與這個(gè)疊加信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，就可以獲得第1個(gè)接收基元的接收信號(hào)，抑制其他基元的接收信號(hào)，送入顯示處理模塊后，便可以對(duì)第1個(gè)基元聚焦的空間方向進(jìn)行聲成像。同理，分別采用第2、第3……第10路發(fā)射信號(hào)的調(diào)制編碼序列與這個(gè)疊加信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理，送入顯示處理模塊后，便可以對(duì)第2、第3……第10個(gè)基元聚焦的空間方向進(jìn)行聲成像。同理可處理第2 第IO個(gè)接收通道的信號(hào)，獲得第11 第100個(gè)接收基元的接收信號(hào)，送入顯示處理模塊后，對(duì)第11 第100個(gè)基元聚焦的方向進(jìn)行聲成像。這里，雖然信號(hào)相關(guān)處理需要很大的運(yùn)算量，但是現(xiàn)在的DSP技術(shù)已經(jīng)可以輕松勝任。比如，對(duì)于63位編碼信號(hào)，100kHz帶寬，采用250kHz采樣速率，在40米成像距離時(shí)， 一個(gè)通道的數(shù)據(jù)為13333點(diǎn)，參考數(shù)據(jù)為160點(diǎn)，將通道數(shù)據(jù)分為16段，則可以采用1024點(diǎn)FFT完成相關(guān)運(yùn)算，乘法量為
(3 x 1024 /2 x log21024 + 1024) (2次FFT， 1次1024點(diǎn)相乘，1次逆FFT) x 16段x 100路=26M
現(xiàn)在的TI公司的64系列DSP速度已經(jīng)可以達(dá)到3200 8000MIPS 了 ，單個(gè)DSP就
很容易每秒完成20次以上的這樣的運(yùn)算，而功耗只有1瓦多一點(diǎn)。也就是說(shuō)單個(gè)DSP就可以輕松勝任每秒鐘刷新圖像20次以上的運(yùn)算要求，而實(shí)際上，40米的距離聲波來(lái)回傳播每秒只有不到19次。如果采用127位碼，單次成像的乘法運(yùn)算次數(shù)為31M，單個(gè)DSP也同樣可以輕松勝任每秒20次刷新。
在上述設(shè)計(jì)中，最惡劣的情況是同一個(gè)接收通道同時(shí)接收到io個(gè)相同大小的反射信號(hào)的疊加信號(hào)，若采用2047位編碼(150kHz帶寬時(shí)，收發(fā)合置時(shí)盲區(qū)為10米，收發(fā)分置時(shí)可不考慮盲區(qū))，此時(shí)的信噪比大約為14分貝，見圖5，此時(shí)正交信號(hào)疊加形成的噪聲干擾只相當(dāng)于常規(guī)聲納的旁瓣干擾。如果采用"同一接收組的基元間隔最大"方式排列換能器基元，那么在10個(gè)方向上的同樣的距離上同時(shí)出現(xiàn)10個(gè)分離的反射目標(biāo)幾乎是不可能的，通常情況是同一距離上只有一個(gè)方向上有強(qiáng)目標(biāo)反射信號(hào)，其他方向上不相干回波形成的噪聲干擾很小。圖6是3個(gè)方向上同時(shí)有等幅回波時(shí)的信噪比，正交信號(hào)的干擾已經(jīng)比旁瓣級(jí)干擾低5分貝了?？梢姡捎谜痪幋a方式完全可以在10組正交信號(hào)中提取出有足夠信噪比的特定1組信號(hào)。
二、精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)
1、 基陣與通道的排列連接
精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)的接收基陣與通道的排列連接方式及接收信號(hào)處理方法與基本型結(jié)構(gòu)完全一樣，但發(fā)射結(jié)構(gòu)不同，發(fā)射流程也有差別。因?yàn)榫?jiǎn)型結(jié)構(gòu)只有1個(gè)發(fā)射電路(當(dāng)然，也可以適當(dāng)增加，但不增加到10個(gè)。這可以根據(jù)盲區(qū)要求、功耗要求來(lái)權(quán)衡)，因此需要采用多路轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，分時(shí)段將第1 第io組信號(hào)分別加到各組基
元上。仍然針對(duì)100個(gè)基元、IO組正交信號(hào)情況進(jìn)行說(shuō)明在時(shí)段l，發(fā)射電路的
信號(hào)加到第l、 11、 21、 31...71、 81、 91個(gè)發(fā)射基元上；在時(shí)段2，發(fā)射電路的信號(hào)加到第2、 12、 22、 32...72、 82、 92個(gè)發(fā)射基元上......直至?xí)r段10，發(fā)射電路的信
號(hào)加到第10、 20、 30、 40...80、卯、100個(gè)發(fā)射基元上。每個(gè)時(shí)段的發(fā)射信號(hào)是不同的正交編碼調(diào)制的信號(hào)。
如前所述，并非必須采用上述編組方式，圖4所示的就是采用發(fā)射基元順序編組的結(jié)構(gòu)，其相應(yīng)的接收編組就必須是基元序號(hào)間隔為IO的各個(gè)基元為同一組。
2、 信號(hào)處理
精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)的分時(shí)發(fā)射仍然是連續(xù)的順序發(fā)射，與Edward 0. Belcher等人的發(fā)射一接收、再發(fā)射一再接收的分時(shí)收發(fā)方式是不同的，不必在每次發(fā)射后都等待信號(hào)回來(lái)再進(jìn)行第二次發(fā)射，只不過(guò)成像有一個(gè)整體延遲時(shí)間，但可以認(rèn)為是不降低掃描速度的。
精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)的信號(hào)處理流程與基本型結(jié)構(gòu)完全相同。不過(guò)因?yàn)椴煌木幋a調(diào)制信號(hào)是在不同的時(shí)段發(fā)出的，因此顯示模塊中計(jì)算不同基元收、發(fā)的信號(hào)之間的時(shí)延時(shí)，必須分別選擇不同的發(fā)射時(shí)刻為零時(shí)。
采用收發(fā)合置換能器陣時(shí)，對(duì)于上述精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)，因 io個(gè)基元共用同一個(gè)接收通道，只要有一個(gè)基元在發(fā)射，IO個(gè)基元就都不能夠接收；由于10組信號(hào)順序發(fā)射，使得發(fā)射信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度增加了 10倍，盲區(qū)也將比采用基本型結(jié)構(gòu)時(shí)擴(kuò)大10倍。因此，采用精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)時(shí)不宜采用收發(fā)合置換能器陣。如果必須釆用收發(fā)合置換能器陣，可以適當(dāng)增加發(fā)射通道以減小盲區(qū)。比如發(fā)射通道為2個(gè)時(shí)，發(fā)射信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度比只有l(wèi)個(gè)時(shí)減少了一半，因而盲區(qū)也減小一半，在采用150kHz帶寬、511位編碼時(shí)，盲區(qū)為12.8米，可以與分時(shí)收發(fā)方式相結(jié)合工作。
釆用收發(fā)分置換能器陣時(shí)，同基本型結(jié)構(gòu)中情況一樣，如果發(fā)射通道與接收通道隔離很好，發(fā)射信號(hào)對(duì)接收基元的干擾很小，則可以認(rèn)為沒(méi)有盲區(qū)。如果隔離不好，盲區(qū)長(zhǎng)度也將擴(kuò)大10倍。因此，如果采用收發(fā)分置換能器陣，在精簡(jiǎn)型結(jié)構(gòu)中必須采取有效的收發(fā)通道之間、收發(fā)基陣之間的隔離技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，包括聲透鏡、發(fā)射基元和接收基元，其特征在于，采用正交編碼序列調(diào)制正弦波載波產(chǎn)生的調(diào)相信號(hào)作為聲透鏡成像聲納的信號(hào)，并采用分組發(fā)射、分組接收的方式進(jìn)行傳輸，每一個(gè)所述發(fā)射基元發(fā)出的信號(hào)，經(jīng)過(guò)所述聲透鏡聚焦后，經(jīng)過(guò)物體反射后的回波回到同樣序號(hào)的所述接收基元上，將所述發(fā)射基元分組，其組數(shù)與所采用的正交編碼序列組數(shù)相等，同一組的各個(gè)發(fā)射基元同時(shí)加上相同的發(fā)射信號(hào)，不同組的發(fā)射基元上所加的發(fā)射信號(hào)各不相同，不同組發(fā)射基元上的不同發(fā)射信號(hào)由同一個(gè)發(fā)射電路分時(shí)段順序加上，或者由多個(gè)發(fā)射電路同時(shí)分別加上，所述接收基元與所述發(fā)射基元采用不同的方式分組，每一接收組中各個(gè)接收基元所對(duì)應(yīng)的所述發(fā)射基元均屬于不同的發(fā)射組，每一組中各個(gè)接收基元接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)同一個(gè)接收通道后轉(zhuǎn)入后續(xù)處理，不同組的接收基元接收的信號(hào)經(jīng)過(guò)不同的接收通道，經(jīng)過(guò)每一路接收通道后進(jìn)入DSP的信號(hào)，都分別與發(fā)射信號(hào)中所采用的不同的正交編碼序列信號(hào)進(jìn)行相關(guān)處理。
2、 如權(quán)利要求l所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，其特征在于，所述發(fā) 射信號(hào)采用同一頻段內(nèi)的多組不同的編碼信號(hào)，所述發(fā)射基元的組數(shù)與所述發(fā)射信 號(hào)的組數(shù)相同，同一組發(fā)射基元采用同樣的發(fā)射信號(hào)，由同一個(gè)發(fā)射電路發(fā)射，不 同組的發(fā)射基元采用不同的發(fā)射信號(hào)，由不同的發(fā)射電路發(fā)射。
3、 如權(quán)利要求2所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，其特征在于，所述發(fā) 射基元和所述接收基元為收發(fā)分置或收發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣，當(dāng)為收發(fā) 合置的發(fā)射和接收換能器基陣時(shí)，在大于10米的遠(yuǎn)距離情況下，所述發(fā)射信號(hào)采用 511位以上的正交編碼體制，在10米以內(nèi)的近距離情況下，收發(fā)信號(hào)采用分時(shí)方式。
4、 如權(quán)利要求1所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，其特征在于，所述發(fā)射電路數(shù)量少于所述發(fā)射信號(hào)的組數(shù)，采用多路轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，分時(shí)段連續(xù)地將多組信號(hào)分別按序發(fā)射到各組發(fā)射基元上，每個(gè)時(shí)段的發(fā)射信號(hào)是不同的正交編碼調(diào)制的 /士 口
5、 如權(quán)利要求4所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，其特征在于，所述發(fā) 射基元和所述接收基元為收發(fā)分置或收發(fā)合置的發(fā)射和接收換能器基陣，當(dāng)為收發(fā) 合置的發(fā)射和接收換能器基陣時(shí)，所述發(fā)射通道大于2。
6、 如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，其特 征在于，所述發(fā)射基元采用間隔分組形式編組，所述接收基元采用順序分組形式編 組。
7、 如權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，其特 征在于，所述正交編碼序列為多組M序列、GOLD序列。
全文摘要
本發(fā)明提供一種聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道設(shè)計(jì)，用于水下聲學(xué)成像領(lǐng)域。其通過(guò)采用多組正交編碼信號(hào)調(diào)制正弦波載波而產(chǎn)生的調(diào)相信號(hào)作為聲透鏡成像聲納的發(fā)射信號(hào)，采用分組發(fā)射、分組接收的方式，使同一組的發(fā)射基元發(fā)射同樣的編碼序列調(diào)制的信號(hào)，同一組的接收基元接收不同的編碼序列調(diào)制的信號(hào)，不同組發(fā)射基元上的不同發(fā)射信號(hào)由同一個(gè)發(fā)射電路分時(shí)段順序加上，或者由多個(gè)發(fā)射電路同時(shí)分別加上，并運(yùn)用DSP技術(shù)，使得聲透鏡成像聲納的收發(fā)通道總數(shù)比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式大幅度減少，而成像速度并不降低。
文檔編號(hào)G01S7/523GK101685156SQ200810223418
公開日2010年3月31日 申請(qǐng)日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者李頌文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所