[发明专利]基于跳频信号的高速多波束测深系统及其测深方法

说明书

技术领域

本发明属于海洋探测技术领域，具体涉及一种基于跳频信号的高速多波束测深系统及其测深方法。

背景技术

常见的同类产品以传统的单波束测深技术为基础，结合水下换能器阵列的波束，在水下形成多个不同角度的探测波束，从而实现条带式的海底地形探测。

与传统的单波束测深系统相比，单波束探测每次测量只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值。传统的单波束测深系统存在的问题包括：船只测量速度受水深影响较大；在复杂环境和存在干扰的情况下，测量效果较差；距离分辨力与作用距离不能兼得。

发明内容

本发明针对现有技术的状况，本发明提供一种基于跳频信号的高速多波束测深系统和一种基于跳频信号的高速多波束测深方法。

本发明的目的在于，利用跳频信号的相关特性和抗干扰特性，不仅可以明显提高测量精度，而且可以提高作用距离和抗干扰能力。同时在时域上可以做到多发多收，这样在大量程或者船速较快时，可以明显提高测量帧率，降低测量脚印间隔，提高成图效率和质量。可获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从“点-线”测量到“线-面”测量的跨越，特别适合大面积的水下勘测。

本发明的有益效果包括：收发电子系统模块化设计，功耗低、性能高、可靠稳定；提高作用距离和测深精度；抗干扰能力较强，受环境影响较小；测量速度不受量程影响，只要计算速度满足，可以尽可能的提高系统帧率。

本发明采用以下技术方案，所述基于跳频信号的高速多波束测深系统包括：

干端和湿端，所述干端包括工控机和辅助传感器，所述湿端包括换能器和电子系统，其中所述湿端具有发射舱和接收舱，所述换能器包括发射换能器和接收换能器，所述电子系统包括发射电子舱和接收电子舱，所述发射电子舱和发射换能器内置于所述发射舱，所述接收电子舱和接收换能器内置于所述接收舱；

所述发射电子舱前置设有信号处理板，所述信号处理板包括用于产生基于跳频信号的发射信号的IO发射单元，还包括DSP单元、AD采集单元和与所述DSP单元电连接的FPGA单元；

所述发射电子舱设有多个相互独立的发射模块，所述发射模块包括驱动单元、功放单元和匹配单元，所述IO发射单元电连接所述驱动单元，所述IO发射单元和所述驱动单元之间还设有光耦隔离单元，所述匹配单元电连接所述发射换能器；

所述接收电子舱设有多个相互独立的接收模块，所述接收模块包括放大单元、增益控制单元、滤波单元和放大及电压调整单元，所述放大单元电连接所述接收换能器，所述放大及电压调整单元电连接所AD采集单元，所述接收换能器接收声波形式的接收信号。

根据上述技术方案，所述信号处理板还包括DA增益控制单元、RS232单元、RS422单元和千兆网，所述DA增益控制单元电连接所述增益控制单元，所述增益控制单元读取所述DA增益控制单元输出的增益控制信号，并且根据上述增益控制信号调节所述增益控制单元输出的接收信号，所述FPGA单元与所述RS232单元以及RS422单元电连接并且双向通讯，所述DSP单元通过千兆网电连接所述工控机。

根据上述技术方案，所述发射模块采用开关发射机。

根据上述技术方案，所述接收模块采用厚膜电路工艺制成。

根据上述技术方案，所述功放单元采用MOS管D类推挽功率放大电路。

根据上述技术方案，所述放大及电压调整单元内置动态范围调节电路，该动态范围调节电路采用Burr-Browm的VCA810。

根据上述技术方案，所述DSP单元采用TI的TMS320C6455，所述FPGA单元采用Xilinx的XC2V1000。

根据上述技术方案，所述干端还包括显示器，所述显示器电连接所述工控机，所述湿端还包括固定架，所述固定架分别固定支撑所述发射舱和接收舱。

根据上述技术方案，所述发射电子舱设有8个相互独立的发射模块，各个接收模块相应设有接收通道，所述接收电子舱设有96路相互独立的接收通道。

根据上述技术方案，所述基于跳频信号的高速多波束测深方法包括步骤：

步骤一：信号处理板产生基于跳频信号的数字形式发射信号，并且向发射电子舱传输数字形式发射信号；

步骤二：发射电子舱的发射模块同时发射多组基于跳频信号的数字形式发射信号，通过发射换能器将数字形式发射信号转换为声波；