[发明专利]水下悬浮物浓度多角度组合测量方法与装置

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于，所述的测量方法包括以下步骤：S1、系统初始化，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、针对不同测量角度α_e发射测量信号和接收回波信号，采用带限的高斯噪声作为测量信号通过对应的发射换能器进行发射，发射时长为T_tx，发射停止后接收换能器接收回波信号，接收时长为T_rx，T_rx＞T_tx，每隔时间T进行一次发射和接收，作为一次测量，T＞T_tx+T_rx，测量次数记为k，k＝1,2,...,2K，接收到的数据经过采样后存储在存储器中，采样点数为M，将当前角度α_e下第k次测量第n个接收换能器收到的数据记为x_ekn(m)，m＝1,2,...M，当测量次数为K时，打开测量腔左右侧面直至腔内充满待测液体，再继续进行测量，当测量次数为2K时，当前测量角度α_e下的测量结束，进行下一测量角度的测量；S3、测量信号在待测水质中经过反射、透射到达接收换能器矩阵，接收到的回波信号包括反射信号以及透射信号，对回波信号建立ARMA模型进行谱估计，根据ARMA模型的零点对应于功率谱的谱谷和ARMA模型的极点对应于功率谱的谱峰关系，获得第k次测量得到的回波信号的功率谱；S4、在当前测量角度α_e下，将在不含悬浮物的水质中测量得到的功率谱作为参考功率谱，用在待测水质中测量得到的功率谱除以参考功率谱，求解得到测量角度α_e下的相对功率谱，然后调整角度继续测量，令e＝e+1，如果e>E，进行下一步骤S5；否则回到步骤S2；S5、求解悬浮物浓度测量结果，得到悬浮物线度大小以及悬浮物浓度的相对分布。