[发明专利]水下悬浮物浓度多角度组合测量方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于回波信号建模的水下悬浮物浓度多角度组合测量方法与装置，利用带限的高斯噪声作为测量信号，发射时长不受测量信号频率范围的限制，可灵活调节以适应不同的测量环境；对接收到的回波信号建立零极点模型，得到更精准的悬浮物线度大小；使用角度可调节的锯齿支架固定收发换能器，通过改变锯齿夹角进行多角度组合测量，测量结果的稳定性更好；在每个测量角度下进行多次测量，并对测量求解结果取平均，能更好地反映当前角度下的悬浮物浓度分布情况，测量结果的鲁棒性更好；考虑到待测量水质可能会影响换能器的性能，采用卡扣结构固定换能器以方便进行更换，同时用全透射的防水材料保护换能器，确保其处于良好的工作状态。

技术领域

本发明涉及水下悬浮物动态监测技术领域，具体涉及一种基于回波信号建模的水下悬浮物浓度多角度组合测量方法与装置。

背景技术

悬浮物浓度是水环境质量的重要影响因素之一，在一定程度上能综合反映水体的水质特征，是水质监测的一项重要指标。水下悬浮物的检测技术，对水质监控和海洋经济发展有重要意义。

目前水下悬浮物浓度(以下简称为SSC)测量方法主要包括：过滤重量法、光学法、遥感技术和声学法。其中声学法通过分析液体中声学后向反射强度来测量SSC，具有快速直观、覆盖面积大的优点。目前的声学法测量水下悬浮物浓度，如CA201610229384.3、CA201710474523.3等方法，仅需单次测量就可以得到很大范围内悬浮物线度大小以及浓度相对分布，操作简单便捷。但是上述方法也存在以下不足：测量角度单一，由于悬浮物在水体中并不是均匀分布的，单一角度测量不够准确；测量信号的发射时长受限于LFM信号的频率范围，无法灵活调整；信号模型单一，实际情况中回波信号包含反射信号和透射信号，将其建模为单一的全零点模型或全极点模型不能很好拟合实际情况；并且现有方法都只进行单次测量，测量结果的鲁棒性不够好。

此外现有基于信号建模的水下悬浮物浓度测量装置，多采用常规矩阵结构。这类常规矩阵结构固定、维护困难，同时抗干扰性差，不能进行灵活调整。

为了克服现有悬浮物浓度测量方法的不足，亟待提出一种基于回波信号建模的水下悬浮物浓度多角度组合测量方法与装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种基于回波信号建模的水下悬浮物浓度多角度组合测量方法以及可灵活调节的测量装置。为了克服单一角度测量不够准确的不足，本发明采用角度可调的测量装置，通过多角度组合测量来提高测量结果的准确性。为了克服单次测量的不足，本发明在每个角度下进行多次测量，并对测量求解结果取平均，以提高测量结果的鲁棒性。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种基于回波信号建模的水下悬浮物浓度多角度组合测量方法，所述的测量方法步骤如下：

S1、系统初始化；

考虑到单个发射换能器工作的频率范围有限，将测量信号分为N段频率为[f₀,f₁)、[f₁,f₂)、......[f_N-1,f_N)的带限信号，分别由锯齿上对应的N个发射换能器进行发射。其中每段锯齿的长度为L，锯齿状支架与反射体的距离为D，锯齿夹角α从0°到180°可调。将锯齿夹角分为E等份，对应的夹角角度记为测量角度α_e，e＝1,2,...,E，设置每个角度下的测量次数为2K。关闭测量腔左右两侧的MBR帘式膜组件，将固定有测量装置的测量腔密闭放入待测水质中，当测量腔内充满液体时开始测量。

S2、发射测量信号和接收回波信号；