【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水声导航。
技术介绍
1、声学多普勒测速依靠提取散射回波信号多普勒信息进行速度测量，是现代舰船导航系统的重要组成部分。使用的典型算法是脉冲对算法，若利用相控阵实现詹纳斯四波束配置方式，可以从原理上消除声速变化对测速性能的影响，但由于波束形成的不理想性，会引入一定的耦合误差，影响测速长期精度，测速长期精度是评价测速性能的重要指标；此外海洋平台搭建、岛礁建设等工程以及一些载人无人航行器的安装对多普勒测速系统提出了小型化的需求。传统声学测速系统以及信号处理方法手段测量性能受到上述干扰以及条件限制，存在测速性能差，应用场景受限的问题。
技术实现思路
1、本专利技术是为了解决常规的声学测速系统及方法受到声速变化及受耦合干扰影响严重以及应用场景受限的问题，提出一种声学相控多普勒测速系统及其信号处理方法。
2、本专利技术所述的声学相控多普勒测速系统，包括：相控阵换能器、接收电路、数字信号处理单元和发射电路；
3、所述数字信号处理单元向发射电路发送发射信号；
4、所述发射电路接收发射信号后对发射信号进行功率放大，再经过匹配网络后经相控发射至相控阵换能器；
5、相控阵换能器对接收到的电信号进行声电转换，并发射声波信号；
6、相控阵换能器1还用于接收声波回波信号，并将声波回波信号转换为电信号发送至接收电路；
7、所述接收电路对接收的电信号依次进行前级放大、带通滤波、可控增益和抗混叠滤波后发送至数字信号处理单元；>
8、所述数字信号处理单元对接收的电信号依次进行a/d转换、带通滤波、波束形成、数字混频和低通滤波后进行去耦合速度解算，获取待测载体速度。
9、进一步地，本专利技术中，接收电路包括前级放大电路、带通滤波电路、时控增益电路和抗混叠滤波电路；
10、前级放大电路用于对接收的电信号进行前级放大，并将放大后的电信号传输至带通滤波电路，所述带通滤波电路对接收的电信号进行带通滤波，并将滤波后的电信号传输至时控增益电路，所述时控增益电路用于对带通滤波后的电信号进行时控增益，并将时控增益后的电信号发送至抗混叠滤波电路，所述抗混叠滤波电路用于对时控增益后的电信号进行抗混叠滤波处理，并将抗混叠滤波处理后的电信号发送至数字信号处理单元。
11、进一步地，本专利技术中，数字信号处理单元包括a/d转换电路、fpga单元、dsp信号处理器和i/o驱动电路；
12、a/d转换电路接收抗混频处理后的电信号，对电信号进行模数转换，并将转换后的数字信号发送至fpga单元依次进行带通滤波、波束形成、数字混频和低通滤波，并将低通滤波后的数字信号发送至dsp信号处理器，所述dsp信号处理器利用低通滤波后的数字信号进行解算，获取数字信号中的速度信息；
13、所述dsp信号处理器还通过fpga单元向i/o驱动电路发送发射信号，所述i/o驱动电路对所述发射信号增强后发送至发射电路。
14、进一步地，本专利技术中，fpga单元包括带通滤波模块、波束形成模块、数字混频模块和低通滤波模块；
15、所述带通滤波模块对接收的数字信号进行带通滤波，并将带通滤波后的数字信号发送至波束形成模块，所述波束形成模块用于对带通滤波后的数字信号进行波束形成，将波束形成后的数字信号发送至数字混频模块，所述数字混频模块用于对波束形成后的数字信号进行混频，并将混频后的数字信号发送至低通滤波模块，所述低通滤波模块用于对混频后的数字信号进行低通滤波，将滤波后的信号发送至dsp信号处理器。
16、进一步地，本专利技术中，发射电路包括相控发射电路、网络匹配电路和功率放大电路；
17、所述功率放大电路对接收的发射信号进行功率放大，功率放大后的信号经匹配网络电路传输至相控发射电路，所述相控发射电路将功率放大后的信号发送至相控阵换能器。
18、声学相控多普勒测速系统的声信号处理方法，该方法包括：
19、步骤一、通过相控阵换能器接收声信号的回波信号，将声信号转换为电信号；
20、步骤二、采用接收电路对接收的电信号依次进行前级放大、带通滤波、相控增益和抗混叠滤波后，获取抗混叠滤波后的模拟信号；
21、步骤三、对所述模拟信号进行a/d转换后，再采用fpga单元对所述a/d转换后的数字信号依次进行带通滤波、波束形成、数字混频和低通滤波，获得低通滤波后的数字信号；
22、步骤四、采用dsp信号处理器对低通滤波后的数字信号进行检测，利用检测的信号，采用脉冲对算法获取待测载体初步实时速度信息fd；
23、步骤五、根据发射信号的周期长度t，判断待测载体在初步实时速度信息fd时，脉冲对算法的时延τ是否满足理想去耦合条件，若是，则利用满足理想去耦合条件的时延τ，采用去耦合的脉冲对算法对载体实时速度进行解算，获取待测载体准确的实时速度信息fd；否则，执行步骤六；
24、步骤六、选取与理想去耦合条件的最优时延差值最小的时延，采用去耦合的脉冲对算法进行速度解算。
25、进一步地，本专利技术中，步骤一之前还包括信号发射的步骤，具体发射的信号为：周期重复的伪随机编码信号。
26、进一步地，本专利技术中，步骤四中，采用脉冲对算法获取待测载体初步实时速度信息fd的方法为：
27、
28、其中，φ(τ)为接收的有效回波在时延τ处的相关函数相位值。
29、进一步地，本专利技术中，步骤五中，判断待测载体在初步实时速度信息fd时，脉冲对算法的时延τ是否满足理想去耦合条件的方法为：判断时延τ是否满足：
30、
31、其中a,b是实数，且满足：
32、a≤b
33、
34、同时：
35、τ＝nt
36、其中，n为整数，且n小于发射信号重复周期数，t是发射信号单周期时长。
37、进一步地，本专利技术中，步骤五中，满足理想去耦合条件的时延τ为：
38、
39、进一步地，本专利技术中，步骤五中，用于解算速度信息的去耦合的脉冲对算法为：
40、
41、进一步地，本专利技术中，步骤六中，理想去耦合条件的最优时延为：且所述理想去耦合条件的最优时延满足：
42、τ＝nt。
43、进一步地，本专利技术中，步骤六后，还包括根据实时载体速度信息fd对下一次发射的声信号的周期时长进行调整的步骤，具体调整的方法为：
44、调整下一时刻发送的声信号的周期时长t1，使下一时刻的发送的声信号的周期时长t1满足：
45、
46、
47、其中，n为整数，且n小于发射信号重复周期数；m为整数，为发射信号重复周期数；t'为发射信号总时长：
48、
49、其中，c为声速，k为0.25，h为水深。
50、本专利技术提出了一种声学相控多普勒测速系统及其信号处理方法，使用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.声学相控多普勒测速系统，其特征在于，包括：相控阵换能器(1)、接收电路(2)、数字信号处理单元和发射电路(7)；
2.根据权利要求1所述的声学相控多普勒测速系统，其特征在于，接收电路(2)包括前级放大电路(201)、带通滤波电路(202)、时控增益电路(203)和抗混叠滤波电路(204)；
3.根据权利要求1或2所述的声学相控多普勒测速系统，其特征在于，数字信号处理单元包括A/D转换电路(3)、FPGA单元(4)、DSP信号处理器(5)和I/O驱动电路(6)；
4.根据权利要求1或2所述的声学相控多普勒测速系统，其特征在于，FPGA单元(4)包括带通滤波模块(401)、波束形成模块(402)、数字混频模块(403)和低通滤波模块(404)；
5.根据权利要求1或2所述的声学相控多普勒测速系统，其特征在于，发射电路(7)包括相控发射电路(701)、网络匹配电路(702)和功率放大电路(703)；
6.声学相控多普勒测速系统的声信号处理方法，其特征在于，该方法包括：
7.根据权利要求6所述的声学相控多普勒测速
8.根据权利要求7所述的声学相控多普勒测速系统的声信号处理方法，其特征在于，步骤五中，判断待测载体在初步实时速度信息fd时，脉冲对算法的时延τ是否满足理想去耦合条件的方法为：判断时延τ是否满足：
9.根据权利要求6所述的声学相控多普勒测速系统的声信号处理方法，其特征在于，步骤五中，满足理想去耦合条件的时延τ为：
10.根据权利要求6所述的声学相控多普勒测速系统的声信号处理方法，其特征在于，步骤六后，还包括根据实时载体速度信息fd对下一次发射的声信号的周期时长进行调整的步骤，具体调整的方法为：
...【技术特征摘要】
1.声学相控多普勒测速系统，其特征在于，包括：相控阵换能器(1)、接收电路(2)、数字信号处理单元和发射电路(7)；
2.根据权利要求1所述的声学相控多普勒测速系统，其特征在于，接收电路(2)包括前级放大电路(201)、带通滤波电路(202)、时控增益电路(203)和抗混叠滤波电路(204)；
3.根据权利要求1或2所述的声学相控多普勒测速系统，其特征在于，数字信号处理单元包括a/d转换电路(3)、fpga单元(4)、dsp信号处理器(5)和i/o驱动电路(6)；
4.根据权利要求1或2所述的声学相控多普勒测速系统，其特征在于，fpga单元(4)包括带通滤波模块(401)、波束形成模块(402)、数字混频模块(403)和低通滤波模块(404)；
5.根据权利要求1或2所述的声学相控多普勒测速系统，其特征在于，发射电路(7)包括相控发射电路(701)、网络...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹忠义，孙大军，李丁，刘亚东，庞博，勇俊，刘鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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