一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，包括多通道水声传感器、信号采集模块以及上位机显示模块；多通道水声传感器，用于接收水声换能器发射的声音信号，并转换为M个通道的电压信号输出至信号采集模块；信号采集模块，与多通道水声传感器相连接，用于接收多通道水声传感器输出的M个通道的电压信号，然后分析处理后，输出M个通道的实时电压幅值至上位机显示模块；上位机显示模块，与信号采集模块相连接，用于对信号采集模块发来的、处理后的M个通道的实时电压幅值，通过执行预设的分析操作，判断该水声换能器发射的声音信号所对应的发射数据。本发明专利技术能够稳定地接收不同频率的声音信号，实现水声数据的高效探测和接收。和接收。和接收。

【技术实现步骤摘要】
一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统


[0001]本专利技术涉及水声数据探测和接收
，特别是涉及一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统。

技术介绍

[0002]水下无线通信在海洋调查和勘探、水下油气开采、海底电缆维护、水下作业和海洋资源开发等领域都具有重要意义，目前常用的通信方式有光学通信、电磁波通信和声波通信(也称为水声通信)。
[0003]水下光学通信，主要通过发送方使用调制技术将信息编码到激光或LED等光源发射的光束中，接收方则使用光接收器检测光信号并解码信息，通信距离和可靠性受水质的影响较大，光波在水中传播时由于被吸收、散射和折射等原因，会导致光功率迅速衰减，通信距离受限。
[0004]水下电磁波通信，是通过使用低频或者超低频电磁波在水下传递信息，发送方通过电流变化产生电磁波信号，接收方则通过测量电磁波的振幅和相位来恢复原始信息，但是，其传播距离受到水的吸收和散射的影响较大，且信噪比较低，能耗较大。
[0005]与光波和电磁波相比而言，由于声波在水中的传播衰减更小，传播能力较强，能够实现长距离的数据传输，不会受到来自无线设备或大气层等方面的干扰，不会对环境以及海洋动植物产生不良影响，被首选为水下无线通信的信息载体。
[0006]水声通信，通过利用水中的声波进行信息传输。发送方将电信号转换成声波信号，通过水下声呐、扩音器或其他设备发射出去。接收方使用水声接收器接收声波信号，并将其转换成电信号以得到原始信息。水声通信的传播距离相对较远，但是，由于声波的带宽相对较窄，同时受到水流、海况和水下噪声的影响，因此，选择合适的频率、调制方式、抑制干扰的技术手段以及设计性能更优良的水声接收器，具有重要的意义。
[0007]而传统的水声接收器的设计和制造比较复杂，成本较高，需要经常进行维护和校准，且在水中的损耗较大，灵敏度相对较低，无法可靠地实现对水声数据的高效接收。
[0008]因此，目前迫切需要开发出一种技术，能够解决以上技术问题。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统。
[0010]为此，本专利技术提供了一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，包括多通道水声传感器、信号采集模块以及上位机显示模块；
[0011]多通道水声传感器，用于接收水声换能器发射的声音信号，并转换为M个通道的电压信号输出至信号采集模块；
[0012]M为大于1的自然数；
[0013]信号采集模块，与多通道水声传感器相连接，用于接收多通道水声传感器输出的M
个通道的电压信号，然后分析处理后，输出M个通道的实时电压幅值至上位机显示模块；
[0014]上位机显示模块，与信号采集模块相连接，用于对信号采集模块发来的、处理后的M个通道的实时电压幅值，通过执行预设的分析操作，判断该水声换能器发射的声音信号所对应的发射数据。
[0015]由以上本专利技术提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本专利技术提供了一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，其设计科学，能够高灵敏度且稳定地接收不同频率的声音信号，实现水声数据的高效探测和接收，具有重大的实践意义。
附图说明
[0016]图1为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统的结构方框图；
[0017]图2为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，实施例1中的多通道水声传感器的内部结构示意图；
[0018]图3为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，实施例1中的信号运算模块具有的任意一个信号运算电路的原理图；
[0019]图4为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，实施例1中的幅值提取模块具有的任意一个整流幅值提取电路的原理图；
[0020]图5为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，实施例1中的多通道水声传感器的测试原理示意图；
[0021]图6为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，实施例1中的多通道水声传感器测试所得频谱图示意图；
[0022]图7为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统中，水声数据接收系统的测试原理示意图；
[0023]图8为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，实施例3中的多通道水声传感器的内部结构示意图；
[0024]图9为本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，在实施例5中的结构方框图。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0027]在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相
连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
[0028]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0029]参见图1至图7，本专利技术提供的一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，包括多通道水声传感器101、信号采集模块104以及上位机显示模块105；
[0030]多通道水声传感器101，用于接收水声换能器发射的声音信号，并转换为M个通道的电压信号输出至信号采集模块104；
[0031]M为大于1的自然数；
[0032]信号采集模块104，与多通道水声传感器101相连接，用于接收多通道水声传感器101输出的M个通道的电压信号，然后分析处理后，输出M个通道的实时电压幅值至上位机显示模块105。
[0033]在本专利技术中，多通道水声传感器101，包括空气腔组合以及麦克风阵列301；
[0034]其中，空气腔组合，包括从上到下堆叠在一起的M个空气腔1011；M为大于1的自然数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多通道水声探测和水声数据高效接收系统，其特征在于，包括多通道水声传感器(101)、信号采集模块(104)以及上位机显示模块(105)；多通道水声传感器(101)，用于接收水声换能器发射的声音信号，并转换为M个通道的电压信号输出至信号采集模块(104)；M为大于1的自然数；信号采集模块(104)，与多通道水声传感器(101)相连接，用于接收多通道水声传感器(101)输出的M个通道的电压信号，然后分析处理后，输出M个通道的实时电压幅值至上位机显示模块(105)；上位机显示模块(105)，与信号采集模块(104)相连接，用于对信号采集模块(104)发来的、处理后的M个通道的实时电压幅值，通过执行预设的分析操作，判断该水声换能器发射的声音信号所对应的发射数据。2.如权利要求1所述的多通道水声探测和水声数据高效接收系统，其特征在于，多通道水声传感器(101)，包括空气腔组合以及麦克风阵列(301)；其中，空气腔组合，包括从上到下堆叠在一起的M个空气腔(1011)；M为大于1的自然数；M个空气腔(1011)在垂向上相连通；空气腔组合内，设置有一个麦克风阵列(301)；麦克风阵列(301)，包括M个模拟麦克风(3011)或者M个数字麦克风(3012)；每个空气腔(1011)的中心位置，分别具有一个模拟麦克风(3011)或者一个数字麦克风(3012)。3.如权利要求2所述的多通道水声探测和水声数据高效接收系统，其特征在于，空气腔(1011)的形状为圆柱形，或者球形；和/或，M个空气腔(1011)的半径，从上到下依次增大，且相邻两个空气腔(1011)的半径差值相等；和/或，M个空气腔(1011)的腔体壁厚相等；和/或，M个空气腔(1011)的中心点，位于同一中心轴线上；和/或，M个空气腔(1011)的水平横截面积，从上到下依次增大。4.如权利要求2所述的多通道水声探测和水声数据高效接收系统，其特征在于，当麦克风阵列(301)包括M个模拟麦克风(3011)时，所述多通道水声探测和水声数据高效接收系统还包括：信号运算模块(102)和幅值提取模块(103)；M个模拟麦克风(3011)，用于接收外部声源发出的声音信号，并转换为M个通道的电压信号，然后输出至信号运算模块(102)；信号运算模块(102)和幅值提取模块(103)，设置于多通道水声传感器(101)和信号采集模块(104)之间的位置；信号采集模块(104)，通过信号运算模块(102)和幅值提取模块(103)，与多通道水声传感器(101)相连接；信号运算模块(102)，与多通道水声传感器(101)相连接，用于接收所述多通道水声传感器(101)发来的M个通道的电压信号，在进行直流滤波以及信号放大后，输出至幅值提取模块(103)；幅值提取模块(103)，与信号运算模块(102)相连接，用于接收信号运算模块(102)发来
的M个通道的电压信号，在进行整流以及幅值提取操作后，输出对应的电压信号至信号采集模块(104)；信号采集模块(104)，与幅值提取模块(103)相连接，用于接收幅值提取模块(103)输出的、经过整流以及幅值提取操作后的M个通道的电压信号，然后在进行模数转换以及分析处理后，输出M个通道的实时电压幅值至上位机显示模块(105)；信号采集模块(104)，包括ADC转换模块和微处理器；ADC转换模块，包括Q个具有P通道的ADC芯片；Q和P，均为大于1的自然数，且Q与P的乘积大于或者等于M；Q个具有P通道的ADC芯片，分别与幅值提取模块(103)中的M个整流幅值提取电路相连接，用于接收M个整流幅值提取电路输出的、经过整流以及幅值提取操作后的M个通道的电压信号，然后在进行模数转换后，输出M个整流幅值提取电路分别对应的、M个通道的数字电压信号至微处理器；微处理器，与Q个具有P通道的ADC芯片相连接，用于对M个通道的数字电压信号进行分析处理，获得处理后的M个通道的数据，M个通道的数据即是M个通道的实时电压幅值，然后输出至上位机显示模块(105)；或者，当麦克风阵列(301)包括M个数字麦克风(3012)时，信号采集模块(104)包括微处理器；数字麦克风(3012)，用于接收外部声源发出的声音信号，并转换为M个通道的数字电压信号，然后输出至信号采集模块(104)；信号采集模块(104)中的微处理器，与数字麦克风(3012)相连接，用于接收数字麦克风(3012)输出的M个通道的数字电压信号，然后对M个通道的数字电压信号进行分析处理，获得处理后的M个通道的数据，M个通道的数据即是M个通道的实时电压幅值，然后输出至上位机显示模块(105)。5.如权利要求4所述的多通道水声探测和水声数据高效接收系统，其特征在于，信号运算模块(102)，包括M个信号运算电路；M个信号运算电路，分别与多通道水声传感器(101)中的一个模拟麦克风(3011)相连接，用于接收M个模拟麦克风(3011)输出的M个通道的电压信号，在进行直流滤波以及信号放大后，输出对应的电压信号至幅值提取模块(103)；每个信号运算电路，包括第一运算放大器A1；第一运算放大器A1的正极输入端，分别与第三接口(3)和第一电阻R1的一端相接；第一运算放大器A1的负极输入端，分别与第二电阻R2的一端和第三电阻R3的一端相接；第二电阻R2的另一端，分别与第一电容C1的一端和第一电阻R1的另一端相接；第一电容C1的另一端，与第二接口(2)相接；第二接口(2)，与多通道水声传感器(101)中的麦克风阵列(301)的第一接口(1)相接，用于接收一个模拟麦克风(3011)输出的电压信号；第一运算放大器A1的输出端，分别与第三电阻R3的另一端和第四接口(4)相接；第三接口(3)接地。6.如权利要求4所述的多通道水声探测和水声数据高效接收系统，其特征在于，幅值提
取模块(103)，包括M个整流幅值提取电路；M个整流幅值提取电路，分别与信号运算模块(102)中的一个信号运算电路相接，用于接收该信号运算电路输出的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新敬，杨甜，马金玉，张洪彬，李健，王硕元，李赞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：