专利名称:反射信号的处理的制作方法
本项发明论述对信号发射-接收设备所获取的反射(或回波)信号的处理，它在水声发射-接收器(如声纳装置、回声探测器)方面以及雷达(特别是船用雷达)方面有着独特的应用。
这里所采用的术语“发射-接收器”和“发射-接收机”，指的是能发射脉冲並能接收发射脉冲的相应回波的设备。除非另加说明，此术语不受回波类型的限制(例如，可以是声波、超声波或电磁波)，也不仅仅限于发射部分和接收部分组装在一起的设备。
在声波和超声波领域中，诸如声纳和回声探测器均是有效的探测设备，它们可用声音或图形来指明回波的存在。例如，回声探测器是在记录纸上给出探测结果。
为了改进这些设备，人们设计了专门的电路来对回波信号进行处理，以便从中提取比目前采用这些设备所能获得的更多的信息。这样的电路可见英国第8221670号书，文中给出了从回波信号中提取第二海底回波分量的方法，从而提供了关于海底性质的信息。此文还指出，不论第二海底回波分量的幅度是否大于预置的阈值电平，均可通过探测来揭示海底的性质。
如今已经发现，更加有用的信息存在于回声探测器这类设备的回波中，並且这一信息也存在于声纳、雷达、医用超声波及一般的发射接收装置的回波中。
特别值得提出的是，信息不仅存在于回波脉冲的延续时间和强度的信息中，而且存在于其形状中。由于饱和效应，这类信息通常不能从大功率设备的回波中获得。但是当采用较小的发射功率时就会发现，回波形状依赖于反射表面的性质。例如与勘测和海底层结廓线有关的海底层。
所以，作为其中的一个方面，本发明给出了处理由接收器响应发射脉冲所获得的回波信号的设施，此设施包括对接收到的回波信号的响应装置，以便定义一个与上述回波中的某一脉冲同步的时隙;和利用这一时隙来提取上述回波信号里的那个脉冲中的某一部分的装置。上述的时隙，就是用来提供一个仅表征上述那个脉冲的前沿特性的信号的。
更理想的设施还包括积分装置，这样，上述的信号卽可表征上述脉冲前沿下的面积。
已经发现，回波脉冲沿下的面积载有表征反射发射脉冲的反射物体的特性的信息，並且，这一面积可由模拟式或数字式仪表显示出来，从而使观测者得知随反射物体性质而显著改变的观测量值。例如在回波探测中，本人已发现海底脉冲的前沿(第一脉冲、第二脉冲等等，特别是第一脉冲)，其变化依赖于海底或接近海底的材料的性质，特别是海底的最上一层的性质。于是，一个非常陡的上升沿给出一个相对较小的表征信号值，说明是没有大量淤泥的坚硬海底。但另一方面，如果脉冲前沿下的面积是一个相对较大的观测值，则说明在海底有一淤泥层(对于对虾捕捞、挖泥作业和水下测量，这是一个有用的信息)或者在接近海底处有鱼群。同时，观测值的变化也是有意义的。据认为，这样的分析也应用于医疗超声学中来确定不同性质的肿瘤间的差异，以及人体和动物体(特别是眼睛)间的特性的差异。
从理论上来说，一个反射脉冲的形状几乎完全取决于接收装置的性质，因为人们可以想象，接收脉冲的上升时间主要依赖于接收设备的响应时间(暂态响应)。所以，采用积分或其它方法分析脉冲前沿，仅能给出接收装置本身的信息。但我们发现並非如此。用一个标准的回声探测器发出一个宽度为三百微秒量级的脉冲，其接收到的海底脉冲的形状依赖于海底的上层性质，它的前沿甚至可达一至二毫秒。回声探测器中的回波形状，还可能是由不同深度的海底层结的几次反射和散射的综合作用形成的。从而可解释脉冲前沿给出这些层结的信息这一事实。一个仅具有暂态响应的脉冲前沿只可能延续一百微秒左右，而不会达到一二个毫秒。由下面的解释可知，与回波信号同步的时隙並不是固定的，而是随着脉冲前沿的形状和长度的变化而变化的。所以，如果随着海底的性质的不同，脉冲前沿在长度和形状上有所变化，则时隙的长度和起点也将变化。采用一个固定的短的时隙往往会只获取暂态响应，这不是本项发明所要申请的具体内容。
如果在一台具有充分短的发射脉冲和暂态响应的设备上使用本项发明，那么在我们所提及的时隙内或许不能很好地看到一个平滑的前沿。而可能看到在这个时隙内由海底连续层结及散射的波前所造成的一系列尖峰。为了获得与传统的回声探测器同样形状的脉冲前沿，可将获得的信号平滑或积分。然后，用平滑了的信号来限定获取“前沿”的时隙，尽管在这种情况下，实际上获取的是一系列脉冲前沿。
本发明的另一特点是它的具体方法的简单易行性。它不打算使用高分辨率来从回波信号中提取许多数据，因为那将需要昂贵的设备，而且观测结果也由于大量细节的作用而变得混淆不清，从而需要相当多的经验来解释它。恰恰相反，本发明给出一个相当简单的方法(例如用于传统的回声探测器)来获得表征反射表面特性的观测值並将其显示在一块量表或类似仪器上。所以，这类设备的一般使用者(如渔民或挖泥船司机)可观察仪表的指针来获得观测值，而不需要在纸上或阴极射线管上观察多种因素复合而成的混乱图象。
时隙可用各种方法来限定。例如，为了观察一个回波脉冲的前沿，时隙的后沿可以利用电平检测法来确定，卽根据回波信号电平通过一个给定的电平的情况来限定这个后沿。如果有人选择了上升电平来限定时隙，那么，在某种具体装置中，可能产生一段延迟(比典型的回波脉冲要小)，从而使得时隙的末端更近似于所述回波脉冲的峰值。采用此种办法，时隙就会自动地调整到接收脉冲的状态。
有时需要采用平滑方法来将脉冲前沿中的尖峰平滑掉，以防止电平检测装置对这些尖峰产生响应。
时隙的前沿可以利用对表征发射脉冲的一个信号产生响应的方法来加以限定，因而上述的端点将在发射脉冲发出后的某一给定时刻产生。这个给定时刻可以是可调的，所以，例如使用者可根据需要延长或缩短时隙，以便增强或减弱在海底附近流动着的鱼群所产生的效应。但这並不总是令人满意的。举例来说，使用深度探测器时，所涉及的回波可能是海底的回波，但它随着海底的起伏而相对于发射脉冲移动。于是时隙也随着这一起伏而改变，从而产生了虚假的读数。所以，在提及的一种具体装置中，每个时隙的起始点被固定在一个回波脉冲发生后的某一可调的给定时刻，而这一回波脉冲则是属于目前的回波信号的上一周期的，也就是说，是在海底的某一可调“高度”上。
上面所概述的原则可一般地应用于回波系统，而不管它是声波或电磁波(如船用雷达中)，是垂直探测(如回声探测器)还是通常的水平探测(如声纳和船用雷达中)。在所有这些情况中，均可设置一个时隙，使之与一个特别的回波脉冲同步並锁定于其上，而回波脉冲可以表征海底、鱼群，也可以表征水中或飘浮在水面的其它物体。于是，用戶可以从仪表中得到描述回波脉冲前沿或后沿特性的观测结果，进而得到比目前通用的雷达、声纳或回声探测器这些传统设备更多的关于回波波源的信息。
在典型的应用中，发射装置重复地发射脉冲，所以接收到的是周期性的回波信号。在这种情况下，当一系列周期由于不良性号的重复而不能限定其时隙时，有更好的方法来保持其特征信号的显示值。此时给用戶的显示结果中将看不到任何由不良信号造成的无规则的变化，因为用戶看到的是上一个正确的和确定的值。这一特点可以排除由于坏天气干扰脉冲的发射和回波的接收而可能带来的问题。另外，保持信号值的方法本身也造成了平均作用，例如提供前面几个信号(如四个中的前三个)的平均值作为信号的显示。在显示值由于振盪而不可接受的情况下，平均方法就将起作用。
所以，作为本发明的第二个方面，它给出了对于一系列发射脉冲所产生的回波信号的处理装置。它包括对回波的每一周期的信号中给定性质的一个脉冲进行响应的定时装置，用以定义一个相对于上述回波脉冲同步的时限;储存回波信号中某一特征的装置;显示现存的特征信号的装置;对提供给存储装置的数据进行控制的取样方法，其中存储方法依赖于上述的时限，以便对回波周期在某一给定的时隙中的回波信号的具有某种特征的部分进行储存;以及对回波信号的某一周期的上述回波脉冲缺位的响应装置，从而防止取样装置进行取样，进而防止存储装置的刷新。
以上描述中所涉及的一个一般性概念，是利用时隙对回波信号所需部分的提取，以及处理此提取部分以得到表征在此时隙中这个部分的平均值的信号。这一概念的另一应用是在深海捕捞中，通过人为选择时隙的定时，可以确定其深度和区域，由此产生的信号给定了此区域内的回波电平，而当有鱼群时，这个电平就将升高。
已经发现，这一概念可进一步应用于改进前向发射-接收器的信息提取方面，卽应用于传统的声纳和船用雷达的方向、距离测定设备上。这类设备通常将具有足够幅度的所有回波显示在阴极射线管上，其中包括了噪声信号。为了改进这类设备的操作，已经采取加入滤波器的措施来滤去其信号中的噪声含量。然而，由于噪声电平和环境中固有的海洋噪声，使诸如探测小船等方面存在着困难。
所以，作为本发明的另一方面，它给出了包括有发射装置和接收装置的设备。发射装置可在具有水平分量的某一方向上(甚至可有一个小的向上分量)以超声频率发射一串声脉冲。接收装置则对由发射脉冲的反射而产生的回波信号进行处理，接收器的电路网络包括有对在所选定的距离上返回的回波信号的提取时隙的限定装置，和对每一周期中所提取的信号的平均装置。于是，人们可用肉眼观察或自动操作的方式对此时的平均值和前面的某个(或某些)平均值加以比较，从中得到平均值的变化，带有噪声的数据的变化情况以及在给定范围内的可能有用的信息。当电平有相当的变化时，卽可触发警报装置。
本发明在这一方面涉及到了上面已经描述过的一些特性的应用，如时隙以及平均法和积分法。但在这种情况下，时隙不必锁定在任何特定的回波脉冲上，而是根据所观察的特定区域带的距离和“观察”持续时间而人为地确定，被观察的区域带距离观测器有一定的水平距离，也就是说，发射的波束(或主瓣)的轴並不是垂直的。通过观察噪声的变化，而不是去滤掉噪声，就可检测到感兴趣的数据，旣使在通常的示波器或图象记录仪上可能观察不到这些数据。这样，一个鱼群可能就会造成“噪声”电平的增加。另外，这一设备也用于检测接近海面並可能损坏船只的目标。一旦在一定距离内收到的回波信号大于用戶事先给定的某一确定值(如振幅值或积分值)，音响警报器就发出信号。
作为本发明的一个方面，本文将进而叙述在使用水声发射接收器获得回波来探测海底性质时所采用的电路。此电路包括为提取某一海底回波分量而设置的限时隙的装置，和所提取的分量所产生的信号其宽度大于某一可调值时的处理装置。
本发明的这一方面在第二海底回波分量的处理上特别有用，因为人们已经发现，这一分量的宽度直接与海底硬度有关。于是，当到达海底特别是坚硬以致损坏鱼网的海域时，所产生的信号就被输入警报器而发出警报。第2102573号书曾经指出，报警信号的产生取决于第二海底回波分量的大小，而本发明对这方面的看法则是，当第二海底回波大于某个定值时，报警信号仅是其宽度的响应。人们可以增加一个保险措施，卽仅当阈值和宽度判据同时在两个(或以上)的连续信号中满足时，才发出报警信号，从而
除许多伪响应。本发明的这一方面也可用于第三或其后的海底脉冲。
由这一方面並联系到第一方面中对脉冲前沿的分析，则可发现第一海底回波分量可能带有噪声並可能产生畸变，特别是在天气情况不好时更是如此，然而第二及随后的海底回波分量则相对地说不受干扰，因而更有利于前沿的分析以及本发明所描述的对海底的进一步分析。
根据对第二及随后的海底脉冲的积分也可建立一个海底报警系统。
作为本发明的这个方面，它提供一个电路网络，用来根据水声发射-接收装置获得的回波信号探测海底的性质。这个电路网络包括为提取第二或随后的海底回波分量而限定时隙的装置，和积分所提取的分量並输出其能量的装置。
当用于渔业时，一个申请的具体装置的另一方面与探测靠近海底的鱼类探测器有关，对于探测靠近海底的鱼群所提供的方法是向海底重复地发射一个信号，通过探测海底回波而在每一周期中限定一个被海底的回声所终止的时隙，用这个时隙在每一周期中提取回波的一部分;而后在相对于该时隙的回波中引入一段延迟;调节这一延迟直至使被提取的部分实质上为零，由于时隙在海底这一点上终止，所以可提供这个提取部分的数值来作为鱼群的表示。
关于指明海底状况这一方面的进一步应用，是指出适合龙虾捕捞的海底，这是非常有益的。
作为本发明的这个方面，它提供一个电路网络，从而可利用水声发射接收装置来提供海底情况的说明。这个电路网络包括在定义包含一个以上海底回波信号的时隙时，对回波信号的响应的定时装置，对在该时隙中所接收到的回波信号积分的积分装置，以及给出这一积分值的指示装置。
为了更好地理解本项发明以及它的具体实施，在此将作一些参考说明，例如对附图的说明。其中，图1是回波脉冲处理电路的总方框图;
图2给出了一系列的波形来说明图1中的网络的运行情况;
图3在一个较长的时间标度上给出更为详细的波形;
图4给出了图1中部分电路的执行情况;
图5a至e给出了回波波形;
图6是联合计量及报警的电路图;
图7是海底计量电路图;
图8给出了一系列的波形来描述图7电路的运行情况;
图9是海底报警电路图;
图10给出了海底报警电路的波形;
图11给出了第二海底回波定时电路图;
图12给出了海底计量电路的改进型电路;
图13是鱼群探测电路网，以及图14到图17是描绘图13电路的运行情况的。
对于图1来说，这个电路是专门用于处理来自通用的回声探测器S上的发射-接收装置T上的回波信号A的。模拟回波信号经过时间变化增益(TVG)后，被加到输入1，这个信号的一般波形如图2中A行所示。这是一个重复信号，在每一个周期中，它包括一个大的发射分量TC，一个第一海底回波分量E1和第二海底回波分量E2，所有的幅度都依次减小。在发射分量和第一海底回波分量之间，可能有一个鱼群回波EF。各种噪声和其它的回波信号也可能会出现，但它们的幅度在目前的情况下是不重要的，故图2中没有绘出。如果当此电路用于前向声纳或船用雷达时，脉冲的周期性图式将同样会发生，但信号的波形将不同。而且，当周围有任何反射“物体”，如船只或鱼群，将出现象E1那样的一些脉冲。
甚至在采用通用回声探测器的TVG时，在某些条件下也会产生一些畸变和饱和，因此，提供另外一种时变增益电路来克服饱和並产生更有用的信息，将是有益的。例如，一个具有数字算法的微处理器就可提供时变增益处理。
回声探测器S还在图1的输入端2上给出了一个脉冲TX，这个脉冲限定了发射接收器T发射脉冲的时刻。由输入端2，脉冲TX通过发射触发电路3整形，而后至单稳电路4给出一扩展脉冲B(图2B行)，这一脉冲在网络中起屏蔽作用，用它来滤去回波信号中的TX分量以及靠近发射装置的噪声。
现在回过头来看输入端1，它所给出的模拟信号被加到三个模拟放大器5、6、7上，其增益可由用戶通过可变电阻8、9、10来调节。这些放大器的输出端上並联着三个电容11、12、13，而输出端则接至施密特触发器14a、14b和14c上。为了避免超前测定过程，电容器的平滑作用平缓了回波的前沿，因此可见，这也就避免了对畸变的前沿产生错判。电路14a接入一个鱼群报警电路15(此电路以后再详细说明)其间经过了一个馈入了信号B的或非门16，从而封锁了发射脉冲。电路14b接入一个第二回波海底报警装置17，同样经过了一个馈入了信号B的或非门18。第二回波海底报警装置的说明可见英国专利申请书第8221670(2102573)号。放大器6也把它的模拟信号(与图2和图3中的A相对应)未经平滑而直接馈入鱼群测定线路19和海底计测电路20，这两个电路以后将予以说明。
电路14C给出了一个海底脉冲探测电路，这一电路将参照图3给以说明，因为图3中更详细的绘出了回波信号A以及图2中的信号B、C、D、E在几个周期中的波形。施密特触发电路14C的输出端给出了信号A的数字化了的形式，卽将其脉冲转化为一串统一幅度的方波。这些脉冲经过一连串的或非门21、22、23以及倒相器24和25到达馈存器26，其Q输出端的信号F参见图3中的F行。这个信号F是个脉冲，它从第一回波上升沿的一个给定幅度点开始出现，而在信号B开始出现时终止，因为信号B被送入了馈存器26的复值输入端。通过调节电阻10，可选择回波信号E1的上升沿的值。重复信号F被送到了发光二极管(LED)27上，这个二极管在机器正常使用的情况下可看到其闪光。在调节时，阈值将上升到闪光停止，而后又下降到闪光刚刚开始，这样做的目的是为这个通道设置一个合适的阈值，使其能对处于有关脉冲的上升沿之上的点进行检测。为了避免这一通道对其它脉冲产生响应，发射脉冲本身被接到或非门23的信号B所屏蔽，而其它信号则可被通过或非门21和22进一步迭加的信号所屏蔽。信号F被接到单稳态电路28，从而提供了一个40微秒的脉冲G(图3中的G行)。在图中标出的B点处有一开关29，脉冲G被作为输入信号输入单稳电路30，这个电路在其Q输出端就产生一个标识脉冲，这一标识脉冲的延续时间，则由使用者通过调节可变电阻31来决定。含有电路30的电路，可以通过开关29的其中一路与电容器接通或断开，其作用是改变电阻31所能进行调节的定时范围。由单稳电路Q端输出的这一脉冲是图3中的信号H，由图可见，它在脉冲G的下降沿开始出现，经过一段时间后终止，且可由使用者调节，以便使比下一个第一海底回波脉冲E1超前一段所需的时间。
由以上的说明可知，对于几个选通信号去限定回声探测器信号所能得到处理的距离是有所考虑的。其包括的限定作用有二个一个是信号G限定海底，卽海底信号。一个是信号H在海底之上的一个可调高度上限定一个点。
开关29在另一位置P时，给出另一些选通信号。在这种情况下，单稳态电路30被送入了经过电路3整形的信号TX，这样就给出了限定传感器下方某一可调深度的信号H的另一型式。同样，第二个单稳电路32给出了第二个信号来限定传感器下的另一可调深度。这些信号一起就给出了可调距离，举例来说，如鱼群报警电路15。
在详细讨论剩余的电路网络之前，将说明鱼群测定和海底测量电路的概念。这些电路包括积分或平均装置，以便对每一脉冲重复期间(卽周期)的特定时隙中回波信号下的面积进行平均。对于鱼群测定电路，可利用如图2中C所示的时隙去限定海中一个较小的面积，这一面积在海底脉冲的前沿顶端处或靠近其顶端处终止。当探测船进入一个具有软海底或者海底附近有鱼群(当然两者均有也可以)的海域时，其输出将由仪表38读出一个上升的值。
与上面形成对照的是，海底计测仪表20将对实质上包括了整个海底回波(第一、第二和第三等等，或其中几个)的时隙进行平均或积分。所以，当进入具有坚硬海底的海面时，仪表38′的读数将上升。
因此，如果仪表38读数上升而仪表38′读数下降，那么这一般表示是软海底，如果仪表38读数上升而仪表38′读数不变，一般表示有鱼群。所以，这些仪表互相补充，它们不仅对于渔民而且对于水文测量工作都是有用处的。
现在来看看鱼群测定电路19，这一电路在图4中已详细绘出。模拟信号A由放大器6通过开关33而后至积分器34，继而经过另一开关35到达一个取样-保持电路36，这个电路的输出接到了指示器驱动电路37上来使一块电流表动作。在本装置中，电流表指针偏转至270℃时对应满度电流，其值为一毫安。
开关33被信号C(图2C行)所控制，而开关35被信号E(图2E行)所控制。
积分器34的输出被由信号D(图2D行)所控制的开关39耦合至地，而信号D则是用脉冲扩展器40把信号C扩展並反相后得出的。
信号C在此例中是一个屏蔽信号，它是从信号A中提取的，仅含有第一海底回波信号E1的前沿部分，以后将对此详细说明。屏蔽信号E1定义了一个时隙T，其起点由使用者设定，在上一脉冲E1后经一段所需时间后出现，而其末点则由信号E1上升至一个事先设定的值来决定。
所以，积分器34对时隙T发生期间的信号A的部分进行积分，因为信号C的反相扩展信号D断开了开关39，使时隙得以维持。
在信号C中止时开始並被单稳态电路41所限定的短暂时间间隔中，产生了一个信号E去闭合开关35，从而使积分器34的输出通过了取样-保持电路36而显示在仪表38上。
当恶劣的发射条件或接收条件造成了脉冲E1的低电平值时，为防止脉冲E的流出设置了一个装置，所以仪表38仍旧显示有足够幅度的前一个脉冲E1的积分值。因此，仪表读数不会由于脉冲E1的丢失而显著地改变。在脉冲E1丢失后，新的积分值仍不被显示，直至二分频电路42探明在连续的两个发射周期里(由信号B定义)产生了两个脉冲E时为止。
信号H的反相信号被送入单稳态电路43，並在那里被用来将时隙的起始点限定在信号H的下降沿上(这是加在单稳态电路上的反相信号的上升沿)。由单稳态电路43而来的信号控制着一个锁存器44，其输出是已经说明过的信号C。信号C的下降沿由单稳态电路45提供的复位信号所产生，而这个单稳态电路由信号F的前沿来起动，信号F发生于回波脉冲E1上升沿上的予置阈值处。在图3的第三周期可见这样一种情况，此时第一海底脉冲分量E1的幅度不足以产生脉冲F。在这样情况下，锁存器44将无法复位，因而脉冲C在海底脉冲处不再有下降沿，单稳态电路41不再被触发，因此造成脉冲E的缺位而没有新的值加到取样-保持电路36上，于是在仪表38上仍旧是上次的值。
现在对图4中的电路做更详细的说明。积分器34包含一个晶体管级5来实现放大作用以及利用这一级的电阻R1和电容C1来实现积分作用。由图可见开关39並接在电容C1上。通过选择这一级的时间常数来保证电容C1产生一个实质上正比于时间-电压面积的电压值，这里的时间-电压面积是适当的时隙中的输入信号产生的。开关39和电容C1的作用，是使仪表的读数实质上与发射脉冲在工作范围内的重复频率的改变无关。
电容器C1上的电压通过开关35並经过可变电阻R2到达另一个存储电容器C2，当短脉冲E存在时，积分电压被输送到C2上。C2上的电压与仪表38被一个含有驱动级37的运算放大器所隔绝。可通过改变R2来改变电路的时间常数，从而减弱输出信号可能发生的变化(尤其当天气条件不好时)。大的R2电阻值将有效地使输出38记录连续几个周期的平均值，例如可按照需要取4个、8个或更多。
在这个网络中所使用的脉冲扩展器40，单稳态电路41和二分频电路42的详细的电路补充说明也可见图4。二分频电路42具有两个双D型上升沿触发的双稳态触发器47和48。它们都被信号G的负脉冲沿清零。信号B对双稳态触发器47输出的前值有反相作用。当海底脉冲(G)被丢失时，47的输出不被清除。信号B将把47的输出反变为高电平，从而造成48的输出电平变高，使脉冲E不能到达开关35。
已经打算利用取样-保持装置对图4的电路作一个可能的改进，以避免船只在恶劣天气条件下移动和在极深的海域中操作时带来的不良影响。在这些情况下，诸如水银开关等装置将被用于当船只实际上不垂直时的探测。这些装置将组合成线路42，以防止双稳态触发器47的输出被清除，从而防止脉冲E到达开关35。所以，当船只实际上垂直时，将仅使用对前沿的采样。这在海底水文学中有特别的应用。
图4中的电路，不仅用作鱼群测量，而且对海底状况给出了有效的鉴别，“软”海底使仪表38具有高读数而“硬”海底给出低读数。为了降低鱼群的效应，可调节电阻31使脉冲C延迟。图5a至c给出了在软性、中性、硬性海底的各自的海底回波图。很明显，经过积分达到某一给定阈值时(例如接近图5a至c中的极大值)，图5a将给出比图5b和c较高的值。波形有它们的形状，其原因还不完全清楚。在任何分析中应牢记的一个概念是，反射来自海底某一点是一种过分简化的近似，因为实用的超声波束有一个角度(比如说30°)所以探测信号包含了各个深度的垂直入射产生的反射和非垂直入射产生的散射的共同作用。图5a中信号将由波前进入“软”海底时的正入射形成一个低电平的反射。在随后的一般时间里，由于海底下层物质随深度增大而坚实起来，因而有可能增强反射信号。同时，这些较深的反射信号还由于相邻区域的散射作用的到达而叠加，因而回波的建立是缓慢的，如图5a所示。另一方面，对于“硬”海底，由于来自海底表面的反射波实质上淹没了其二次效应，因而图5C给出了很锐的上升时间。
由于散射可能是一个重要因素並且它依赖于频率，所以应注意在这种状况下所采用的频率。建议使用30KHZ至100KHZ范围内的频率，例如50至60KHZ。如采用象20KHZ这样低的频率，“软”海底可能“看”不到，但如果采用象200HZ这样高的频率，“软”海底看上去可能象硬海底了。
可以相信，除了上面已经提到在船用雷达，特别是在渔业和水文方面的应用之外，前沿分析法将应用于其它的方面。人们不难想象在医疗方面的用途，如测定和分辨人体内部的物质。其中一个特别的应用是检验视网膜，只要想到眼睛中有大量液体，这些液体和视网膜之间会形成一个边界，而这个边界就类似于海底。
以上的说明已经涉及到了对第一海底回波分量的前沿进行分析的电路的应用，同样这些电路也可应用于第二(或随后的)海底回波分量的前沿分析。
现在再来看图四，当它用于检验相对于探测设备处于水平或垂直状态，但与任何回波脉冲无关的周围的区域时，有一个交替操作的方式。开关29(图1)和46(图4)被拨到P位置时，就引起线路30在脉冲TX后的某一第一可调时刻锁定锁存器44，而在脉冲TX后某一第二可调时刻将其复位。复位是通过线路45，开关46和可调单稳态线路32进行的。一个相对于脉冲TX的可调时隙卽可用这种方式产生，从而对一个与回波脉冲无关的时隙给出积分读数，于是，对于在可能的噪声变化很大的海域，就可能通过分析给出诸如鱼群或其它“物体”产生的数据指示。在这一方式中，线路用来处理声纳或船用雷达信号。
一个专门的应用是避免对海上的游艇或小船的损害，这类事件经常被大的漂浮物所造成。一般将其称之为船只残骸或飞机残骸。这些物体的范围几乎是无限的，而这些物体的产生则是日益增长的污染的结果，例如，容器、油桶、电杆等。
诸如鲸和冰山等天然的物体也同样危险。卽使非常小心，在能见度差或恶劣的海洋状况下也不可能辨认出危险的漂浮物体。在夜间则没有报警的可能。
目前避免碰撞的技术是使用船用雷达的接近报警系统。它只能在具有较好的海洋条件时，物体能很好地进行反射的情况下有效。当开关拨到P位置时，设想用上述图1和图4中的电路通过一个相对不昂贵的回声探测器来增强接收信号。这个回声探测器S装有发射接收装置T，它安装在水面下二三英尺，其波束角大约30°，向前倾斜指向海面。由单稳态30和32定出了一个选通区相当于离船本身50码至200码。距离更大些就更理想，但不采用更高级和更昂贵的设备似乎是不可能的。采样-保持技术将用来积分选通区中的总信号並且滤去一些噪声。同时，一个由操作员设定的音响报警的门限装置将用来代替仪表38。如果某个威胁船只安全的大物体进入选通区，其积分值将增长至刚刚够起动警报的阈值，从而向船长告警。由于波浪相对说来具有重复的性质，所以有可能用合适的滤波方法将所需的障碍物信号分离出来。
在图1和图4(以及后面将要说明的图7)中的鱼群和海底测定电路中，用一块仪表对其状况进行可见显示。音响报警电路也可根据需要接入这两个电路，如图6所示。在任何一种情况下，都在开关35(此开关在图4的鱼群测定和图7的海底测定中都将用到)的输出端接入一个R2、C2的交替组合电路，它们以R2″和C2″组成的电路为基准。这一附加电路不是通往仪表，而是通往一个负载电阻R3，在R3上並接着一个音响报警电路(同时在图6中绘出了鱼群测定仪表19)。重要的是对于被给定的R2来说，电阻R2″可经调节而给出不同的时间常数。因此，仪表可给出八个或更多周期的平均读数，但这对于报警来说，其响应太慢。解决办法是调节R2″使能使对二个周期的平均值产生响应而发出警报。
R2″可根据R2的需要进行缓冲处理。为了相对于一个选定的电平发出警报，下面的元件将与负载电阻R3並联，它们包括两个运算放大器49和50，五只电阻(包括两个电位计51和52)和一个单稳态电路63。电位计52有微调旋钮，在比较型运算放大器的负端设定一个阈值电平。如果由R3来的放大了的电压稍微超过负端输入电压时，就发出报警音响。音响警报一直到上述的放大电压稍低于运算放大器50上的负端电压时才予以解除。这种滞后作用是图中的电路固有的。运算放大器49是一个不反相的直流放大器，其增益由电位器51给定，大约为42。所以当仪表上的满度电流为一毫安时，运算放大器的输出等于10伏。当仪表两端的电压在稳定前有轻微变化时，就要求比较器具有滞后作用。
图7给出了海底测定电路20的一种形式。由图可知这一电路与图4的电路一样采用了取样-保持技术。所以，在图7上半部分的相应元件均给出了相同的标记，例如33。下半部分的相应元件则在相同的标记下加上一撇来分辨，例如33′。
由放大器6来的模拟信号被馈入晶体管54的基极，並由此处送往第一和第二海底回波分量处理电路55和56。
第一海底回波处理电路55包括半导体开关33、55和39(型号4016)，积分电容C1，漏电积分器及存储装置(由可变电阻R2和电容C2构成)，电阻57和放大器37。开关33由信号G(见图1和图3)控制。信号G在第一海底回波分量达到某一给定幅度时开始出现並延续20到40微秒。当信号G不出现时，开关33断开而开关39闭合，所以电容C1上的电荷量趋向于零。在信号G的上升沿，开关33闭合而开关39断开，因而电容C1以正比于第一回波分量信号的强度量的方式充电(强度是信号积分的一种近似)。
在信号G处于负沿时，开关33断开使积分过程停止。而一个单冲多谐振盪器被起动並产生一个短信号M(图8)。这一信号闭合了开关35使第一回波的积分信号经电阻R2对电容C2充电。
延迟电路40由二极管、电阻、电容组成，反相器将信号G变为信号N，信号N断开开关39並且只有当开关35断开后才闭合它。
元件R3和C2给出一个可调的取样-保持电路。如果电阻R2定为0欧姆，电容C2则保持前一个回波的电荷，所以电容C2两端的电压可能就要突然变化，例如，当在系统的某一周期，回波信号不再被接收时，这个电压几乎降到零。随着R2阻值的增加，电容上将储存越来越多周期的平均值(R2为100千欧时，可达85个周期)。电阻一般被定在一个中间值，使电容储存前10到前15个周期的值。
第二海底回波电路及相应元件与电路55相类似。不同之处在于增加了一些元件，卽或非门58，含有或非门59和60的锁存器，以及持续时间为25毫秒的单冲多谐振盪器。
或非门58的输入是信号G和图9中反相器的输出信号。其输出是图8中的标示信号O，它是识别具有足够幅度的回波(特别是海底回波)的一个脉冲列。或非门58使信号O在第一回波期间出现的那一部分消失，而保留在第二回波时出现的后继部分，参见图10中的信号P。于是，信号P将在第二海底回波达到足够幅度时出现，用它来触发图9中的电路35。
信号P锁定了锁存器59，锁存器60由信号复位(图2中的发射脉冲)。锁存器的输出信号Q起动多谐振盪器61而产生信号R，所以信号R在第二海底回波达到一个给定幅度时出现而在25毫秒后结束。信号R起第二电路56中信号G的作用，以提取第二海底回波。
这两个电路55和56被开关62和63联接起开送入放大器64和仪表65，仪表的作用参见图1、4、6的说明。
当开关55和56均处于向上的位置时，仪表65显示第一海底回波的处理信号。而当它们处于向下的位置时，则显示第二海底回波的处理信号。当一个开关向上而另一个开关向下时，显示的信号是二者之和。
由图8所示的四个周期可见，在第二周期中，第二海底回波非常之小，以致无法被捕获。在第三周期中，两个海底回波均已消失。由图中的其它波形还可见，各个开关是根据取样-保持电路的特性，用来防止这些较小或消失了的信号显著地减少仪表读数的。
图9给出了海底报警电路17的一种形式，它是用来测量回波信号的宽度的。这一电路在回声探测器中起着特别但不唯一的作用，以下就对此电路在这一范围内(卽第一和第二海底回波分量)的作用加以说明。此时，第二海底分量由于其特性而具有特殊意义，例如，已发现它在某一特定电平时的宽度对海底的硬度特别敏感，其原因可能是含有双重反射。
放大器6具有一个由电阻9设定的阈值，因而只有当回波分量的幅度大于这一阈值时，此分量才能通往图9的电路，放大器的输出被施密特触发器(14b)整形。反相器65、66和或非门67、68、69对此信号做进一步处理，用前面描述过的信号B和F去控制它，使其能在每个周期的第一、第二脉冲之前，屏蔽或消除所有的分量。为了消除鱼群信号，信号F在70被延迟，而后在71整形，72反相，最后在66成为图8的信号O。
根据开关73所掷的位置，或非门69使用来自单稳态电路30的信号G来控制反相器66的输出，或者做相反的操作。信号G的作用是，要么消除第一回波信号，要么消除第一回波信号之外的所有其它信号，这要由开关73所掷的位置来决定。
提取出的回波信号如图10中的I所示，它锁定锁存器74，而由图2中的信号B在下一个发射脉冲出现时予以复位。锁存器74的输出触发单稳态电路75，此单稳态电路的持续时间可人为地调节可变电阻76，使其由1毫秒变至50毫秒。电路75的输出见图6的J行。
或非门69的输出也到达R-C组合电路77，以便延迟脉冲I，而后它继续至与门78，反相器79，或非门80。K行给出了所有支路中的脉冲I，也就是被延迟了的和出现在或非门80输入端的信号。它的后沿在脉冲J的后沿之后出现，造成了或非门80的输出L变高。这种情况表示，有关回波的幅度大于图1中的电路9、6和14b所设定的阈值，其宽度也超过了电阻76设定的值。假使此脉冲象K行中虚线所绘出的那样窄，则或非门80的输出就依旧是低电值。
信号L通往二分频电路81，当电路81在连续两个由信号B限定的周期中检测到脉冲L时，就发出报警信号。报警信号通往音响报警电路82，也可以送往显示仪，例如，由取样-保持电路把警报保留一段给定时间。通过积分信号L，显示仪可给出表示脉冲L长度的一个值。
图9给出了另一个屏蔽性质，无论是处理第二、第三或随后的海底脉冲，无论是用这种还是任何一种其它方法(如波前分析法)，它都有用处。这一屏蔽性质能使脉冲J经过网络R、D和C，延迟其后沿，送入与门78。它的作用在于它能将所有跟随在要分析的海底回波分量之后的其它海底回波分量统统加以屏蔽。
对于第二海底回波强度的宽度分析在测定海底状况及性质方面证明是有用的，随着海底硬度的增大回波也增大。例如，渔民可用它来寻找岩石海底与沙状海底的分界区。由图9的电路可知，当船只由沙状海底驶向岩石海底时，一种有区别的报警信号将产生，指明所需的岩沙混合状况之所在。当这种过程正在进行时或进行之后，在海底仪表上可读出增长着的读数。
另一方面也可发现，由于电路中的时间常数造成了回波信号看上去比它的实际长度长，从而使第二海底脉冲后沿的尖峰引起了警报。对于这种情况，上述的英国专利申请书中对海底报警有更加详尽的说明。然而，图6中所示的一种警报装置可接到图7的海底测量仪表上，从而根据所选定的测量读数，给出海底报警信号。另外，适宜捕鱼的海底也可由一串有区别的报警信号指明。
图11给出了一种改进，它采用数字方法鉴别第二或第三海底脉冲，所给出的信号相当于图8的信号P，因而取代了图9中产生信号O的网络以及图7中的门电路58至60。这一改进是采用图1中输入端2收到的发射脉冲和图1中单稳态电路26产生的第一海底回波脉冲信号F来进行的。它包括一个上行/下行计数器83，时钟84，比较器85，与门86和或非门87。
当信号F为低电位时(当TX出现)，计数器上行计数，而当F变为高电位时(当得到海底信号时)，计数器下行计数。並且，计数器由单稳态电路3复位(卽每当有发射时)，以免第一回波丢失。计数器的並行输出在比较上用零信号加以比较，测到零信号时，比较器输出为“1”。
在发射时计数器被复位，于是比较器输出“1”信号，但它被信号F阻拦在门电路86处，使Q在此阶段保持低电位。
计数器的计数不断增长，直至F变为高电位，当计数器的计数下降到零时，造成了与门86的两个输入均为高电位，从而导致Q的电位变高，因此开始对第二回波进行选通。如果F不变为高电位(第一回波丢失)，计数器将继续使计数增长直至下一次发射。当Q确实变为高电位时，计数过程由门电路87终止。
由于第二回波的深度比第一回波深度的二倍还要稍大一些(这是由于船舱中发射-接收器的深度)，对第二脉冲的选通要稍早于它到达的时间，尽管从发射到海底脉冲之间的时间间隔，其最大误差有一个时钟脉冲周期。可通过设计深度的最大误差不超过半米。因此，在一个具有半米以上吃水深度的船只上，开始处理第二回波的时间应稍早于它的到达时间。
计数器的最小有效位(LSB)应该代表不大于半米的水深，这就决定了最低时钟频率，更为理想的频率应大于或等于1.5KHZ。最大测量深度可由时钟频率和计数器的位数算出。计数器的最大测量深度最好应该等于或大于最长的脉冲重复周期所对应的深度，例如，对于一个最长为3秒的周期，将有2250米的最大深度。在此例中，计数器应需要12个二进位。为了提取第三海底回波分量，可将图11的电路加以改进，让所描述的计数程序再次运行，以此来确定第三海底回波到达的期望时间。把达到的最大计数值储存起来，而后，或者计数器重新复位接着从这个值开始下行计数，或者上行计数到这个值。
信号Q有两种用途。首先，它可以代替上述的产生Q的电路网络，它将成为另一个海底测量电路(如图12所示)的基础。单稳态电路88将信号Q变换成一个具有足够长度的选通信号，它可以包括第二回波但排除了随后的回波，而当Q信号本身被使用时，将引入环境噪声。接在计量仪表两端的电容89仅当单稳态88动作时才充电。所以计量仪表将显示所收到的回波信号的积分值。线路中电容89的充电电阻所提供的时间常数，要比使积分进行的时隙的时间长。适于渔民在浅水中捕龙虾时所用的设备，就是采用图12的线路作为基础的一个例子。在这种情况下，它积分所有的海底回波，包括第三、第四等等。这些回波的存在在浅水条件下是可以理解的。这时的信号F可以加到旁路线路88上(如虚线所示)。信号Q本身则适合应用于传递第二、第三等等回波，由于所有这些回波是在多次反射后被接收的，因而它们可将海底的状况更好地表现出来。另外一个对第三或随后的回波的选通信号也可作为一种可能性来加以考虑。一个为此用途而专门设计的简单电路可包括图12的电路以及产生必要的定时信号的线路网络，一个深度测量电路。这两者接入一个数字式显示器以代替图12中的模拟式仪表。
现在讨论图1的鱼群报警电路15，其详细的电路图见图13。这个电路也采用时隙分析法。模拟信号A通过可变放大器8、5和施密特触发电路14A(见图1)，以便使其数字化。换句话说，把信号A的各个分量中的所有超过由电阻8设定的阈值的那些分量，全部变换为脉冲。发射分量被输入或非门16的信号8消除(见图1)。或非门90和91根据信号F和H确定了一个时隙，这一时隙在标识信号H(来自于图1的单稳态电路30)确定的时刻开始出现，而在海底脉冲信号F确定的时刻结束。所以，这个时隙与第一海底回波脉冲同步，其宽度由可变电阻31(见图1)确定。
由于这个电路的阈值比较低，从或非门16出现的第一海底脉冲差不多总是处于上述的时隙中，因而严重影响着鱼群的探测。
按照图13，它的电路所包括的延迟装置由R3至R5，电容C3到C5，施密特触发电路92至94组成。电阻R4和R5是联动的，用以使延迟变化。将R4和R5定在最小延迟处，第一海底脉冲将在或非门91处产生输出。继而延迟可被操作员减小，直至输出为零，于是可知，时隙在海底或刚刚高于海底处终止。于是，通过延迟回波，电阻R4、R5有效地将时隙在空间中向上移动，直至其后沿处于海底回波的前沿为止。延时装置的作用类似于一个滤波器，它将回波信号数字化以降低信号中噪声尖脉冲的影响。
这个线路弥补了鱼群检测电路19和海底测量电路20的不否。鱼群检测电路也可被一个在海底脉冲前沿终止的时间门控制。仪表的读数(代表回波在时间门中的积分)于是就由于靠近海底的鱼群的作用而增长。图13的报警电路是非常有用的，因为船长不可能一刻不停地望着仪表，但却能对报警装置发出的音响有所反应。海上试验表明，连续五六次或更多的报警是说明非常接近海底的地方有大量密集的鱼群。而这一迹象在最现代化的尺度扩展或彩色回声探测器上却不是显而易见的。
现在就接近海底的鱼群探测方面的各种理论和实际的考虑加以讨论。考虑的一个要点如图14所示，它代表海底97和发射的超声脉冲的前后沿上的部分球面波前。由于波束的扩散，返回的信号占据一个相对较宽的面积，因而一条接近于海底而却不在发射-接收器正下方的鱼A产生的回波在某一时刻被收到后，却似乎象是B点的回波。假如这条鱼距海底足够高，它的回波EF在图15中可见是和海底回波E1分开的。然而，在图14所示的情形下，鱼A出现在前沿上，从而EF有较大的幅度。这些信号象在示波器上看到的那样，描出了一半未被检测的波形。这波形可在放大器8中的输入晶体管的输出端(集电极)上看到。回波E1的总长度一般为8到10毫秒，在它的峰值处呈现一个富有特征的折曲。
尽管这类鱼群有回波是个事实，但鱼群的探测对渔民说来仍是个长期的实际问题。传统的回声探测器可给出相对于航行距离的深度显示以及回波揭示的中层水域的鱼群显示。但是如果鱼群靠近海底时仍有问题。如果设备足够灵敏，这些鱼产生了回波，但这些回波的鉴别仍是个疑难问题。
R.B.密特逊(渔业声纳，1983，§5.1.2)指出，当鱼群离海底的垂直距离小于半个脉冲长度时，要想把它们的回波与海底回波分开是几乎不可能的。然而，如图15和图16所示，靠近海底的鱼群确实影响着回波，所以它们在原则上是可测量的。不能确定的是究竟这个回波EF是鱼还是海底廓线的一个小曲折。在图15中，清水的情况下一般能够分清EF和E1，从而清了这个模糊之处。密特逊的分析中还假定鱼的回波的形状和持续时间与“方波”发射脉冲相一致，但在实际上，我们认为这个回波具有高斯型轮廓而且长度可能较短。因此，在没有引入鱼群和海底的模糊性之前，其作用就使半长度判据的效应有所降低。
测定这些鱼群回波的一种方法是采用鱼群测定电路19来在一个锁定在海底的时间门中积分信号，而后以一个适中的响应时间将其结果显示在仪表上。这样的鱼群测定线路事实上可类似于图12中的电路，但需要输入适当的选通信号。时间门在一个海底脉冲消失时被触发(例如被信号H触发)使其打开，而被下一个海底脉冲关闭，门限电平选定在鱼回波电平之上。当接近海底的鱼出现时，仪表读数就要上升。然而这並不能使其本身与海底硬度的变化区别开来，因为后者对海底脉冲的前沿有影响。再用海底测量电路20来监测其硬度，就能够在大多数情况下将上述的两者区别开。图13中的音响报警系统已被证明对鱼群探测更为灵敏，因而弥补了测量的不足。任何大于鱼群阈值的信号若在时间门中出现，就发出音响警报。时间门在一个离海底适当的可调距离处由前一海底脉冲的消失来触发而开启，而当海底脉冲到达一个适当的值时开启。为避免伪装报，时间门可被R3、R5移动而在海底脉冲到达它的阈值(由信号F决定)前关闭几个微秒到几个毫秒，所以，在海底脉冲达到鱼群阈值之前，时间门实际被部分地断开。值得注意的是用来产生时间门的前沿已被电容13所平滑。由图13中处理的信号也被略加平滑以降低噪声，如电容11所示，但它比起电容13来，所起的作用非常小。电容11甚至可以被拆除。
现在可知，接近海底的鱼群增加前沿的幅度(图16)，因而突破了阈值。换句话说，卽使鱼群回波本身非常之小，不能触发报警装置，但如果叠加到海底回波的前沿(假使相位关系能使叠加效应产生)上的话，也可以触发报警装置。鱼群回波使前沿上升得越多，警报器也越灵敏。在实验室模拟实验中，“鱼”距离海底仅75毫米就发出了警报。实际操作时，设备的良好运行或许依赖于天气情况，但卽使存在伪警报，此设备也是可行的，因为人耳能将伪警报的音响与鱼群回波产生的报警音响区别开来。
这一探测鱼群方法的成功之理论依据，参见图17。在海上的实际探测中，当采用靠近海底的鱼群回波作为观察记录时，可清楚地看到，一旦鱼群靠近海底但实际上不是贴在海底就有警报发出。然而，在没有任何回波明显存在的情况下也有一些警报发出。在这些警报发生的瞬间，可观察到海底脉冲的特征“曲折”变圆(如Z处所示)，这就使在施密特触发器的输出端产生的海底脉冲发生反跳变，卽被延迟大约100-200微秒。这一效应又释放了一个“鱼”脉冲並在图13的或非门90处通过了系统。(当然在鱼群电路网络里造成假象的实质上是海底脉冲信号)。
关于这一现象的理论说明是，一群有足够体积和密度的鱼贴在海底，处于探测“死区”之中，由于它们的回波与主要海底回波脉冲的前沿相迭合。由于鱼群回波EF与海底回波位相不同，这可能是一个费理耳效应。这种畸变卽使在示波器上都是极难看到的，但使用现在的系统却是容易探测的。
上面给出的具体装置采用硬件型的逻辑元件並在必要之处设置开关来改变工作模式，以期达到理想效果。也可采用另外的电路网络来达到相同或类似的效果。微处理器网络加上软件也可以用来执行至少是某些上述功能。例如，波形可被数字化，存在存储器中由软件来分析，如探测和鉴别各种回波，特别是海底回波分量和它们的前沿，其中对时隙相互关联，在某些情况下，特别是对于海底回波分量的前沿，应该考虑存储地址的范围。这些范围相当于时序，它们能够通过分析或改变存储单元地址的数值而鉴别出来，而不是靠对海底脉冲和发射脉冲的实时处理来鉴别。
权利要求
1.对被接收设备所接收的响应发射脉冲的回波信号进行处理的设备，本设备包括对接收设备所接收的回波信号的响应装置，以限定一个与所述的回波信号的某一脉冲同步的时隙；利用该时隙对回波信号该脉冲的某一部分进行提取的装置，时隙的作用就是使这个提取装置提供一个仅表征该脉冲前沿特性的信号。
2.根据权项1，本设备中的提取装置有一积分装置，所以上述的表征信号代表该脉冲前沿之下的面积。
3.根据权项1或2，在本设备中的响应装置包括为限定上述时隙一个端点而设置的电平检测装置。时隙的端点确定取决于回波信号的电平通过一个预置电平的时刻。
4.根据权项3，本设备中的那个时隙端点，它被上述的通过那个预置电平的上升电平所限定。
5.根据权项3或4，本设备中时隙的另一端点，它被表征发射脉冲的一个信号的响应装置所限定，因此上述的另一端点在发射脉冲产生后的一个给定时间产生。
6.根据权项3或4，为了采用一个重复发射的脉冲和由此产生的一个重复回波信号，本设备中的时隙的另一端点，它被一个对上述回波信号的该脉冲进行响应的装置所限定，卽代表某回波脉冲的时隙的另一端点在前一周期的回波脉冲产生后的一个给定时间产生。
7.根据前面任一权项，为了采用重复发射脉冲的设备，以便使回波信号的周期均被收到，本设备中为保存在某周期中产生的上述表征信号或在下一周期显示这个表征信号的装置，它保证在下个周期中，由于信号接收不良而造成与回波脉冲有关的上述时隙无法被限定时，仍有表征信号的储存和显示。
8.根据权项7，本设备中的取样-保持装置，它保存上述的表征信号，並且含有对幅度低于给定电平的该脉冲进行响应的开关装置，以防止取样-保持装置的刷新。
9.根据前面任一权项，为了进行海底分类的回波探测，本设备中上述的响应装置，其作用是限定一个提取第二海底回波分量之前沿的时隙。
10.处理回波信号的方法，其中包括接收回波信号的步骤和回波信号的分析，在分析信号过程中，包括着回波信号里某一脉冲的识别，这个脉冲前沿的识别，该前沿下的面积的积分这几个独特的方法。
11.根据权项10的一种方法，此方法内容有回波信号通过向海底发射脉冲而得出。上述要识别的脉冲就是海底回波脉冲。
12.根据权项11的一种方法，此方法内容有向海底发射一列脉冲，在回波每一周期中的任一时刻发生的海底回波的识别，多个海底脉冲中连续的几个海底脉冲之前沿下的面积积分和平均。
13.以处理由发射一系列脉冲所得的回波信号为目的的几个装置，它们包括对每一周期的回波信号中具有给定性质的一个回波信号进行响应的定时装置，其作用是限定一个相对于上述回波脉冲同步的时隙;回波信号特性的储存装置;对现存特性的显示装置;根据上述时限对输入存储装置的数据进行控制的取样装置，被存储的特性代表着在某些周期的给定时隙中提取的回波信号部分;对于在控制取样装置中的回波信号的某个周期里，上述回波脉冲一经缺位就响应的装置，它的作用是防止取样，从而防止存储装置的刷新。
14.根据权项13，本设备中的积分装置，它的作用是通过对回波信号的积分来得到上述特征。
15.根据权项14，本设备中的存储装置，它包括容量和上述取样装置，而取样装置又包括与积分和储存装置相连的可控耦合开关。
16.配备有权项1至9和13至15中的任一项装置的声纳和雷达设备。
17.配备有权项1至8和13至15中的任一项装置的医用超声波诊断仪。
18.装有发射装置和接收装置的设备。其中发射装置能在具有水平分量的某一方向上，以超声频率发射一串声脉冲。接收装置能处理由于发射脉冲而得到的回波脉冲，它又包括限定时隙的装置，它的作用是在一定的距离之内提取由反射造成的回波中的信号;在每一周期中对所提取的信号进行平均的装置。
19.根据权项18，装配有对上述的时隙的至少一个端点的定时调节装置的设备。
20.根据权项19，装配有调节脉冲的发射时间这一装置的设备。
21.以由水声发射接收器的回波信号来检测海底性质为目的而给出的一种电路，它包括限定回波信号提取时隙的一个装置，所提取的回波信号是第一海底回波分量，或者至少是其它某一个海底回波分量;一个处理被提取分量的装置，它的作用是，当此分量的宽度超过一个可调值时，产生一个宽度信号。
22.根据权项21，一个具有限定装置的电路，这一装置对回波信号的响应是，提取第二或随后的海底回波分量。
23.根据权项21或22，一个具有限定装置的电路，其作用是，在回波信号里，将某一个给定的海底回波分量其前方和后方的所有海底回波分量进行屏蔽。
24.根据权项21、22或23，包含有门限装置的电路，用它来限定一个信号电平，而这个信号电平又限定了上述宽度。
25.根据权项21至24中的任一项，包含有处理装置的电路，它含有对由被提取的分量产生的屏蔽信号进行限定的装置;将屏蔽信号与被提取分量的延迟信号进行比较的装置，其目的是当上述延迟信号的后延在屏蔽信号的后沿之后发生时，提供上述的宽度信号。
26.根据权项25，具有能在宽度信号发生时，对屏蔽信号的长度进行调节的装置的电路，而这一装置是用来改变上述宽度的。
27.用于水声发射-接收设备的一个电路。电路的作用是当鱼群存在时提供一个指示。其电路包括对这类设备的回波信号进行响应的装置，其作用是限定一个因响应第一海底回波分量而终止的时隙;利用上述时隙来提取回波信号某一部分的装置;一个提供可调延迟的装置，这一延迟是为了使回波信号在相对于上述时隙的时间内能够移动，因此相对于时隙的深度可以改变，更重要的是这样一来，第一海底回波分量不再被包括在上述的提取部分之内。
28.根据权项27，一个有下述功能的电路，它能限定时隙的起始点，使其处于响应上一个第一海底回波分量的时刻。
29.一种对接近海底的鱼类的探测方法，它包括向海底重复地发射一个信号;检测海底回波，以便在每一周期中限定一个由海底回波终止的时隙;用这一时隙提取每一周期中回波信号的一部分;相对于上述时隙在回波中引入一个延迟;调节这一延迟直至被提取的部分实质上为零，从而使时隙实质上在海底终止;进而给出被提取部分的值作为一种鱼群的显示。
30.一种用于水声发射-接收设备的电路，其作用是提供海底状况的说明。它包括对回波信号进行响应的定时电路，从而限定一个包括至少二个海底回波信号的时隙;对上述时隙中所接收的回波信号进行积分的装置;提供这个积分值的显示装置。
31.根据权项30，一种定时装置的电路，它能提供一个包含所有海底回波分量的时隙。
32.根据权项31，一种定时装置的电路，它能提供一个包含第二海底回波分量而不包含其第一分量的时隙。
33.根据权项32，一种定时装置的电路，它能提供一个包含所有海底分量但不包含其第一分量的时隙。
34.一种用于由水声发射-接收装置设备的回波信号来测定海底性质的电路。它包括一个限定时隙的装置，其作用是从回波信号中提取第二或者随后某个海底回波分量;一个对被提取分量积分从而给出其能量指示的装置。
35.根据权项9和13至16中的任意一项，或者根据权项21至26和30至34中的任意一项，为了限定一个提取海底第二或第三分量的时隙，一个数字式计数器，其作用是，从开始发射脉冲到收到第一回波分量，此期间计数器沿一个计数方向计数，而后则沿另一个计数方向计数，这样就在实质上给出了第二海底回波分量发生时的期望时间。
专利摘要
本文揭示了一种信号处理专用电路，用它来处理回声探测器的回波信号，从而提取了回波信号中海底回波分量的前沿，给出了几个相继的前沿下的平均面积的读数。号外，本文还揭示了对第二及随后的海底回波的处理。处理过程由包含下列元件的取样一保持电路来完成，这些元件及其功能为积分器(34)；第一开关(33)，将所需要的回波信号部分接到积分器；储存装置(C2)，储存积分值以备显示；第二开关(35)，使其有选择地把积分器中的数值送往储存装置。
文档编号G01S7/52GK85101658SQ85101658
公开日1987年1月17日 申请日期1985年4月1日
发明者大卫柏恩斯 申请人:塞柏投资有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan