[发明专利]一种多波束剖面声纳信号处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用高速DSP(数字信号处理器)的多波束剖面声纳信号处理装置。

背景技术

近年来随着声纳技术的发展，对于声纳信号处理系统的大容量实时信号处理能力也提出了越来越高的要求。传统的主动声纳信号处理系统大多采用专用的硬件结构来完成特定的数据处理任务，换能器后端直接接入数据转换采集，数据经模数转换后进入数字信号处理器处理。此类系统只能针对固定的换能器，并有固定的处理速度，一旦换能器变化或者处理速度要求更高，系统就无能为力了。传统的剖面声纳多为单波束、低频、大功率浅地层剖面声纳，该类声纳主要特点是频率比较低，能够剖析到较深的地层，但是对近距离高分辨率的目标分辨能力比较差。剖面声纳系统的分辨率直接与声纳信号的带宽有关，结合具体的石油管线探测需求设计并实现一种多波束，发射信号频率在35KHz-65KHz，带宽为30KHz的高精度剖面声纳是一重要的研究课题。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种可以方便地由水下遥控机器人等水下载体携带，能以较高的分辨率探察出海底石油管线的方位的多波束剖面声纳信号处理装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种多波束剖面声纳信号处理装置，其特征在于：它包括水上主机，设置在水下机器人上的发射及控制DSP部分，发射信号调理部分、功率放大器、发射换能器、接收换能器、模拟信号采集传输部分、数据接收端口和DSP并行信号处理部分；所述发射及控制DSP部分通过缆线与所述水上主机串口连接，实时接收所述水上主机的命令，完成发射脉冲波形的产生，及实时功率控制和发射控制；所述发射信号调理部分将发射及控制DSP部分产生的模拟信号进行放大、滤波，经过隔离放大器电路隔离的输出端，发送给所述功率放大器放大，所述发射换能器将信号进行电、机转换后，向水下发射；所述接收换能器接收回波，并进行机、电转换后，通过所述模拟信号采集传输部分转换成数字信号，经由水密封电缆传输到所述数据接收端口，再经所述DSP并行信号处理部分进行数字信号处理后，通过缆线传输给水上主机显示存储。

所述发射及控制DSP部分、发射信号调理部分、数据接收端口和DSP并行信号处理部分设置在所述水下机器人的仪器舱内；所述功率放大器和模拟信号采集传输部分分别连接并设置在所述发射换能器和接收换能器的背部空腔内，所述功率放大器和模拟信号采集传输部分分别与通过水密封缆线连接所述发射信号调理部分和数据接收端口。

所述发射换能器和接收换能器均采用复合纵向振动换能器阵子，且所述发射换能器和接收换能器呈T字形固定在所述水下机器人的底部，与海底平行。

所述发射及控制DSP部分包括依次连接的光电转换器、电平转换器、DSP和D/A。

所述发射信号调理部分包括依次连接的模拟信号放大电路、模拟信号滤波电路和隔离放大器电路；所述信号调理部分的带通滤波在35kHz-65kHz的频率范围内起伏，通带内外的抑制比大于40dB。

所述模拟信号采集传输部分包括依次连接的前置放大器、信号调理器、采样保持器、模数转换器、可编程逻辑器件和网络接口；模拟信号依次通过前置放大器、信号调理器、采样保持器、模数转换器后转换成数字信号，再通过所述可编程逻辑器件配合网络接口输出。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用了多波束的接收换能器代替以往的单波束换能器，因此可以通过接收多波束的回波信号，进行波束形成、脉冲压缩等算法实现对海底石油管线的方位探测。2、由于采用探测信号的频段为35kHz～65kHz，带宽30KHz，大大提高了系统的探测频段，提高了系统的相对带宽从而减小了发射及接收换能器的尺寸和重量、并且提高了系统的分辨率。3、本发明采用TCP/IP网络进行水下单元与水上主机的通信，替代了以往的串口传输，数据传输率得到了很大的提高，并且接口方便。本发明可以广泛用于海洋、湖泊底部管线的探测，也可用于地质和考古的探测和海深及海底沉积层的测量和分类等。

附图说明

图1是本发明结构框图

图2是本发明发射及控制DSP部分原理结构框图

图3是本发明模拟信号采集传输部分原理结构框图

图4是本发明DSP并行信号处理部分原理结构框图

图5是本发明在海底机器人的安装结构图

图6是本发明接收换能器与发射换能器组装结构图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。