[发明专利]利用线性调频信号调制解调声波的方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种声波调制解调方法，尤其涉及一种利用线性调频信号调制解调声波的方法及系统。

背景技术

在传统的超声波发送中，普遍采用的是脉冲波形。当需要较长距离的传输时，只能依靠较大的发射脉宽，而大的发射脉宽带会来系统处理的不准确性，这时只能在距离和准确性上做一些权衡；并且由于多普勒和多径的影响，发射脉冲到达接收端时很难处理。

线性调频(Linear Frequency Modulation)信号又称为Chirp信号，其是一种扩频信号，在一个Chirp信号周期内会表现出线性调频的特性，信号频率随着时间的变化而线性变化。Chirp信号的自相关函数具有明显的主瓣和较小的旁瓣，分辨率较高，是目前应用较为成熟和广泛的一种脉冲压缩信号。

发明内容

本发明涉及一种利用线性调频信号调制解调声波的方法，解决了传统声波长距离传播时发射端需要宽脉冲调制，导致接收端解调不够准确的问题。

一种利用线性调频信号调制解调声波的方法，包括声波的调制发送和接收解调，其中，

所述的调制发送包括：

提供一组二进制序列，映射生成调制符序列，根据调制符序列通过直接数字频率合成法合成线性调频信号，将线性调频信号放大后送入声波发生器，发射声波；

所述的接收解调包括：

将声波接收后转换为电信号，电信号经放大、滤波后分成两路；对第一路电信号进行升线性调频匹配滤波、包络检波，得到第一包络信号，对第二路电信号进行降线性调频匹配滤波、包络检波，得到第二包络信号；将第一包络信号和第二包络信号合并，同步得到定时脉冲，同时将第一包络信号和第二包络信号进行比较，根据定时脉冲对比较的结果进行采样，判决。

上述生成线性调频信号包括：

线性调频信号一般可以表示为：其中f₀为中心频率，u为调制指数，T为扫频时间，它首先根据调制符确定线性调频信号的中心频率、调制指数和扫频时间，根据时钟生成器产生的同步时钟，计算瞬时频率，计算方法如下：

f_c＝f₀+ut，-T2≤t≤T2]]>

f_c为当前的瞬时频率，t为同步时间。

接着根据时钟生成器产生的同步时钟，计算瞬时相位，计算方法如下：

是当前的瞬时相位值，为前一时刻的相位值，Δt为同步时钟的时间间隔。

接着通过查找正余弦表得到当前的瞬时相位值，模数转换，低通滤波，输出线性调频信号，重复上述步骤，直至完成扫频时间。

本发明还提供一种利用线性调频信号调制解调声波的系统，由调制发送端和接收解调端组成，

所述的调制发送端包括：

数据源，提供二进制序列；

映射器，将二进制序列映射生成调制符序列，

线性调频信号合成器，依据调制符序列合成线性调频信号；

第一放大器，将线性调频信号放大；

声波发射器，将放大后的线性调频信号转换为声波；

所述的接收解调端包括：

声波接收器，接收声波，并转换为电信号；

第二放大器，将电信号放大；

滤波器，对放大的电信号进行滤波，并分为两路；

匹配滤波器A和包络检波器A，对第一路电信号进行升线性调频匹配滤波和包络检波，得到第一包络信号；

匹配滤波器B和包络检波器B，对第二路电信号进行升线性调频匹配滤波和包络检波，得到第二包络信号；

合路器和同步器，将第一包络信号和第二包络信号合并，同步，输出定时脉冲；

比较器，对一包络信号和第二包络信号进行比较；

判决器，根据定时脉冲采样比较器的输出，判决。

所述的线性调频信号合成器包括：

频率控制字生成器，根据输入的调制符，确定调制线性调频信号的参数，参数包括线性调频信号的中心频率、调制指数和扫频时间；

频率累加器，计算线性调频信号的瞬时频率；

相位累加器，计算线性调频信号的瞬时相位；

正余弦查表模块，依据瞬时相位，查找线性调频信号的瞬时幅度值；

数模转换器，依据输入的瞬时幅度值，输出线性调频信号；