[发明专利]基于超声波反射波形的河床高程探测方法和系统

权利要求书

1.一种基于超声波反射波形的河床高程探测方法，其特征在于，包括：

S1通过安装于水体中的超声波换能器接收每个采样周期经模数转换后的超声波数字信号；

S2根据所述的超声波数字信号判断超声波反射波形是否可用于河床高程及浮泥层表面高程分析，若否则返回至步骤S1，若是则执行步骤S3；

S3识别河床反射波抵达超声换能器的时刻，并识别浮泥层表面反射波抵达超声换能器的时刻；

S4根据所述的河床反射波抵达超声换能器的时刻和浮泥层表面反射波抵达超声换能器的时刻计算河床及浮泥层表面高程；

其中，所述的根据所述的超声波数字信号判断超声波反射波形是否可用于河床高程及浮泥层表面高程分析，包括：

计算所述超声波数字信号中所有脉冲的振幅，并按时间先后排列成一个振幅序列，提取所述振幅序列的一个统计值作为噪声脉冲振幅；

提取所述振幅序列中脉冲振幅最大的脉冲振幅作为信号脉冲振幅；

将所述信号脉冲振幅与所述噪声脉冲振幅的比值与预定信噪比阈值进行比较，当所述比值大于预定阈值，则判断为该超声波反射波形可用于河床高程及浮泥层表面高程分析，否则，不能用于分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的经模数转换后的超声波数字信号的横坐标为时间，纵坐标为信号强度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的统计值为所述脉冲振幅序列的百分位数，小于超声波数字信号中床面回波持续时间与信号总持续时间之比。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的识别河床反射波抵达超声换能器的时刻，并识别浮泥层表面反射波抵达超声换能器的时刻，包括：

将振幅最大的脉冲识别为所述河床界面反射波，该脉冲在超声波数字信号的横坐标为河床反射波抵达超声换能器的时刻；

将河床界面反射波抵达之前，第一个大于浮泥层界面阈值的脉冲识别为浮泥层表面反射波，所述脉冲在超声波数字信号序列的横坐标为浮泥层表面反射波超声换能器的时刻。

5.一种用于权利要求1-4任一权项所述方法的基于超声波反射波形的河床高程探测系统，该系统安装于超声换能器中，其特征在于，所述系统包括：反射波有效性判别模块、河床反射波抵达时刻识别模块、淤泥层表面反射波抵达时刻识别模块、河床及浮泥层表面高程计算模块；

所述的反射波有效性判别模块，用于根据安装于水体中的超声波换能器接收每个采样周期经模数转换后的超声波数字信号判断超声波反射波形是否可用于河床高程及浮泥层表面高程分析；

所述的河床反射波抵达时刻识别模块，用于识别河床反射波抵达超声换能器的时刻；

所述的淤泥层表面反射波抵达时刻识别模块，用于识别浮泥层表面反射波抵达超声换能器的时刻；

所述的河床及浮泥层表面高程计算模块，用于根据所述的河床反射波抵达时刻识别模块和所述的淤泥层表面反射波抵达时刻识别模块得到的河床反射波抵达超声换能器的时刻和浮泥层表面反射波抵达超声换能器的时刻计算河床及浮泥层表面高程。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的反射波有效性判别模块接收的经模数转换后的超声波数字信号的横坐标为时间，纵坐标为信号强度。

7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的反射波有效性判别模块具体用于：

计算所述超声波数字信号中所有脉冲的振幅，并按时间先后排列成一个振幅序列，提取所述振幅序列的一个统计值作为噪声脉冲振幅；

提取所述振幅序列中振幅最大的脉冲作为信号脉冲振幅；

将所述信号脉冲振幅与所述噪声脉冲振幅的比值与预定信噪比阈值进行比较，当所述比值大于预定阈值，则判断为该超声波反射波形可用于河床高程及浮泥层表面高程分析，否则，不能用于分析。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述的统计值为所述脉冲振幅序列的百分位数，小于超声波数字信号中床面回波持续时间与信号总持续时间之比。

9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述的河床反射波抵达时刻识别模块，具体用于将振幅最大的脉冲识别为所述河床界面反射波，该脉冲在超声波数字信号的横坐标为河床反射波抵达超声换能器的时刻；

所述的淤泥层表面反射波抵达时刻识别模块，具体用于将河床界面反射波抵达之前，第一个大于浮泥层界面阈值的脉冲识别为浮泥层表面反射波，所述脉冲在超声波数字信号序列的横坐标为浮泥层表面反射波超声换能器的时刻。