一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统。扩频序列存储模块将扩频序列码输出到对应的2PSK调制器中；2PSK调制器将接收到的信号调制到水声换能器的中心频点上，输出到对应的近场固定焦点延时发射聚焦模块；近场固定焦点延时发射聚焦模块产生第一通道到第M通道的扩频码聚焦信号，输出给对应的累加器模块；每个累加器模块将接收到得的相同通道的N个扩频码聚焦信号进行累加，输出给对应的功率发射模块；每个功率发射模块将接收到的信号转换为大功率信号，输出到水声换能器发射阵元；M个水声换能器发射阵元形成多焦点聚焦波束。本发明有效的提高了近场多波束测深的纵向分辨力，提高浅水多波束的综合精度。
【专利说明】一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统
【技术领域】
[0001]本发明属于多波束测深领域，尤其涉及能够解决发射近场效应的，一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统。
【背景技术】
[0002]波束角是多波束测深仪中的衡量精度重要指标，由航迹方向开角和垂直航迹方向开角决定，直接影响纵向角度分辨力和横向角度分辨力。常规多波束测深仪中受近场效应影响，横向角度分辨力由近场动态聚焦方法来保证，而近场纵向角度分辨力由于发射未聚焦而有所下降。
[0003]为解决近场发射问题，部分多波束测深仪采用了单焦点发射方法，但对于多波束测深中单次测量覆盖范围较大，常常只能提高焦点距离上的分辨力，远于焦点和近于焦点的测深区域的纵向分辨力将会大幅度下降。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供能够提高近场多波束测深的纵向分辨力的，一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统，其特征在于:包括N个扩频序列存储模块、N个2PSK调制器、N个近场固定焦点延时发射聚焦模块、M个累加器模块、M个功率发射模块和M个水声换能器发射阵元；
[0007]N个扩频序列存储模块中分别存储有扩频码序列，每个扩频序列存储器模块对应一个2PSK调制器，将扩频序列码以电信号形式输出到对应的2PSK调制器中；
[0008]每个2PSK调制器对应一个近场固定焦点延时发射聚焦模块，将接收到的扩频码序列调制到水声换能器的中心频点上，以电信号形式输出到对应的近场固定焦点延时发射聚焦模块；
[0009]每个近场固定焦点延时发射聚焦模块分别对应一个预先设定的近场聚焦点，根据预先设定的近场聚焦点到各水声换能器发射阵元的不同时延，将接收到的信号进行变换得到M个扩频码聚焦信号，将M个扩频码聚焦信号按通道排序得到第一通道到第M通道的扩频码聚焦信号，每个通道对应一个累加器模块，将第一通道到第M通道的扩频码聚焦信号输出给对应的累加器模块；
[0010]每个累加器模块对应一个功率发射模块，每个累加器模块将接收到得的相同通道的N个扩频码聚焦信号进行累加，以电信号形式输出给对应的功率发射模块；
[0011]每个功率发射模块将接收到的信号转换为大功率信号，输出到对应的一个水声换能器发射阵元；
[0012]M个水声换能器发射阵元将接收到的大功率信号转换为声信号，形成多焦点聚焦波束。
[0013]本发明一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统，还可以包括:
[0014]1、扩频码序列采用Kasami序列。
[0015]2、近场固定焦点延时发射聚焦模块首先计算其对应的预先设定的近场聚焦点到达每个水声换能器发射阵元与到达整个换能器基阵中心点的声程差；然后根据声程差计算出预先设定的近场聚焦点到各水声换能器发射阵元的不同时延；最后根据不同时延和接收到的信号产生M个时延不同、波形相同的扩频码聚焦信号。
[0016]本发明的有益效果为:
[0017]本发明充分利用了 Kasami扩频编码信号优良的自相关特性和互相关特性，通过本发明将不同编码信号发射聚焦到不同距离的焦点上，有效降低了近场发射波束的波束角，解决了常规多波束测深仪中近场发射未聚焦导致近场分辨力下降和近场单焦点聚焦导致非焦点距离分辨力严重下降的两个问题，能够通过本发明进行同时多焦点发射聚焦，可有效的提高近场多波束测深的纵向分辨力，提高浅水多波束的综合精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1本发明系统框图；
[0019]图2多波束发射未聚焦时的回波能量分布图；
[0020]图3多波束发射单点聚焦时的回波能量分布图；
[0021]图4基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦的回波能量分布图。
【具体实施方式】
[0022]下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0023]本发明一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统，包括N组扩频序列存储模块11?IN、N组2PSK调制器21?2N、N组近场固定焦点延时发射聚焦模块31?3N、M组累加器模块51?5M、M组功率发射模块61?6M和M组水声换能器发射阵元71?7M ;N代表该装置中的焦点数目，M代表多波束测深中发射阵元的数目。
[0024]本发明的工作原理是:
[0025]通过将N组相互独立的Kasami扩频编码信号11?IN，分别通过2PSK调制器21?2N调制到换能器的中心频点上，然后分别通过近场固定焦点延时发射聚焦模块31?3N，按预设焦点对每通道发射信号411?41M、421?42M、431?43M分别做延时，分别产生M组不同通道的发射信号，再将N组不同焦点信号分别输入给M组累加器模块51?5M累加得到发射信号，最后通过功率发射模块61?6M将发射信号转化为功率信号传送到水声换能器阵元71?7M实现电声转换，由此便可形成多焦点聚焦波束。
[0026]累加器模块，采用数字累加器或者模拟累加器，接收近场固定焦点延时发射聚焦模块产生的扩频码聚焦信号，各通道信号对应累加，其中第一组累加器模块51接收第一通道411、421、431的信号累加以电信号形式输出到第一组功率发射模块61,第二组累加器模块52接收第二通道412、422、432的信号累加以电信号形式输出到第二组功率发射模块62，第M组累加器模块5M接收第M通道41M、42M、43M的信号累加以电信号形式输出到第M组功率发射模块6M。
[0027]具体实施例为:
[0028]一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统，其结构包括5组扩频序列存储模块；5组2PSK调制器；5组近场固定焦点延时发射聚焦模块；80组累加器模块；80组功率发射模块；80组水声换能器发射阵元，在此以在可编程逻辑门阵列中实施举例说明。
[0029]5组扩频序列存储模块，用于存储5组相互独立的扩频码序列，5组扩频序列采用优选方法进行选择，以保证其相互之间良好的互相关性和自身的自相关性，由于扩频序列中码元只是以O和I构成且数量较少，在可编程逻辑门阵列中放到寄存器中存储即可；
[0030]5组2PSK调制器，采用二进制相移键控调制法，用于将扩频码序列调制到换能器的中心频点上，由于水声换能器本身具有较好的窄带特性，本部分可考虑将结果用单比特形式表示，该装置在可编程逻辑门阵列实现方便，占用逻辑资源较少；
[0031]5组近场固定焦点延时发射聚焦模块，用于按预设焦点对每通道发射信号做延时，分别产生5组不同通道的发射信号，该部分可在可编程逻辑门阵列中用移位寄存器加多路选择器的结构来方便的实现；
[0032]80组累加器模块，将每个焦点的相应通道数据累加，直接利用可编程逻辑门阵列内部逻辑资源即可方便实现；
[0033]80组功率发射模块，将数字信号转换为大功率信号，该部分可以使用高效率的D类功放；
[0034]80组水声换能器发射阵元，用于将电信号转换为声信号，该实例中采用180千赫兹为中心频率的水声发射换能器。具体结构如图1所示。
[0035]为验证本发明的优点，以2米深平海底为目标，水声发射换能器阵元采用80个，半波长布阵方式，仿真分析了各阵元发射同样信号不聚焦情况下的回波能量分布图，如图2所示，可以清晰的看到形成多波束测深条带时，外侧具有较窄的波束，而到近处波束变宽，分辨力下降；然后仿真分析了各阵元发射2米聚焦单点聚焦情况下的回波能量分布图，如图3所示，可以清晰的看到形成多波束测深条带时，仅有在最近2米处具有较窄的波束，而到外侧波束变宽，分辨力下降；最后将本发明装置应用到该场景中，设置5个焦点，焦点距离分别为1.3米、2.3米、4米、7米和25米仿真分析得到回波能量分布图，如图4所示，可以清晰的看出，不论近场和远场，波束角度均较窄，分辨力都比较高。对比图2、图3和图4，可看出本发明的优越性。
【权利要求】
1.一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统，其特征在于:包括N个扩频序列存储模块、N个2PSK调制器、N个近场固定焦点延时发射聚焦模块、M个累加器模块、M个功率发射模块和M个水声换能器发射阵元； N个扩频序列存储模块中分别存储有扩频码序列，每个扩频序列存储器模块对应一个2PSK调制器，将扩频序列码以电信号形式输出到对应的2PSK调制器中； 每个2PSK调制器对应一个近场固定焦点延时发射聚焦模块，将接收到的扩频码序列调制到水声换能器的中心频点上，以电信号形式输出到对应的近场固定焦点延时发射聚焦模块； 每个近场固定焦点延时发射聚焦模块分别对应一个预先设定的近场聚焦点，根据预先设定的近场聚焦点到各水声换能器发射阵元的不同时延，将接收到的信号进行变换得到M个扩频码聚焦信号，将M个扩频码聚焦信号按通道排序得到第一通道到第M通道的扩频码聚焦信号，每个通道对应一个累加器模块，将第一通道到第M通道的扩频码聚焦信号输出给对应的累加器模块； 每个累加器模块对应一个功率发射模块，每个累加器模块将接收到得的相同通道的N个扩频码聚焦信号进行累加，以电信号形式输出给对应的功率发射模块； 每个功率发射模块将接收到的信号转换为大功率信号，输出到对应的一个水声换能器发射阵元； M个水声换能器发射阵元将接收到的大功率信号转换为声信号，形成多焦点聚焦波束。
2.根据权利要求1所述的一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统，其特征在于:所述的扩频码序列采用Kasami序列。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于编码信号的同时多焦点浅水多波束发射聚焦系统，其特征在于:所述的近场固定焦点延时发射聚焦模块首先计算其对应的预先设定的近场聚焦点到达每个水声换能器发射阵元与到达整个换能器基阵中心点的声程差；然后根据声程差计算出预先设定的近场聚焦点到各水声换能器发射阵元的不同时延；最后根据不同时延和接收到的信号产生M个时延不同、波形相同的扩频码聚焦信号。
【文档编号】G01S7/52GK104199014SQ201410452834
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】李海森, 鲁东, 魏玉阔, 徐超, 朱建军, 周天, 李若 申请人:哈尔滨工程大学