CN108983203B - 宽频水声换能器收发响应自动平坦化装置、方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种宽频水声换能器收发响应自动平坦化装置、方法及系统。装置包括信号发生器、功率放大器、换能器、回波散射球、信号接收单元和处理器；信号发生器用于产生一个宽频脉冲信号以及宽频校正信号；功率放大器用于放大号发生器产生的信号的功率；换能器用于电‑声转换功率放大器发送的宽频脉冲信号和回波声信号；回波散射球，位于换能器设定距离的位置上，用于反射回波信号；换能器用于发送宽频脉冲信号和接收回波散射球反射的回波信号；处理器，通过信号接收单元与换能器连接，用于将接收的回波信号和回波散射理论值进行处理，得到宽频校正信号。采用本发明的装置、方法及系统能够实现换能器的发送接收宽频响应曲线的自动平坦化功能。

Description

宽频水声换能器收发响应自动平坦化装置、方法及系统
技术领域
本发明涉及换能器收发领域，特别是涉及一种宽频水声换能器的收发响应自动平坦化装置、方法及系统。
背景技术
使用宽频回波信号可以提高回波散射图的距离分辨率，提高对水下目标进行识别的精度，以及分析目标的个体大小。以上这些宽频回波信号的优点是建立在对目标的回波散射特征进行精确的测量的基础上。目前市场上已有许多不同类型的宽频带水声换能器，然而，由于其自身的机械品质因子原因及与之相连的系统功率放大器频率响应原因，一般其发送和接收信号响应均不平坦。无法对目标的宽频回波散射特征进行精确的测量。现有的技术在于，对换能器的频带通性能进行测试，分析换能器本身对原本平坦的发送/接收宽频信号的影响，通过信号预处理，将其进行修正。这种方法问题在于依赖厂家的换能器频带通测试参数，一般只在换能器出厂时进行一次测量。然而，换能器性能随着实际使用环境的变化以及老化等因素影响，可能参数很大的差异，对结果产生很大的影响。如果每次使用时，先对换能器性能进行测量，处理发送/接收信号，则效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种水声换能器的收发响应自动平坦化装置、方法及系统，能够实现换能器的发送接收宽频响应曲线的自动平坦化功能。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化装置，所述装置包括信号发生器、功率放大器、换能器、回波散射球、信号接收单元和处理器；
所述信号发生器用于产生一个宽频脉冲信号以及宽频校正信号；所述功率放大器用于放大所述信号发生器产生的信号的功率；所述换能器用于电-声转换所述功率放大器发送的宽频脉冲信号和回波声信号；所述回波散射球，位于所述换能器设定距离的位置上，用于反射回波信号；所述换能器用于发送宽频脉冲信号和接收所述回波散射球反射的回波信号；处理器，通过信号接收单元与换能器连接，用于将接收的回波散射球的回波信号和回波散射球的回波散射理论值进行处理，得到宽频校正信号。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化方法，所述自动平坦化方法包括：
获取回波散射球反射的回波信号；
对所述回波信号进行傅里叶变换，得到频率域上的信号函数值；
获取回波散射球的宽频响应曲线理论值；
根据所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值，得到信号差异值；
将所述信号差异值进行傅里叶逆变换，得到时间域上的函数值；
根据所述函数值对换能器发送的宽频脉冲的幅值进行校正。
可选的，所述回波信号为回波散射球前表面回波信号，或者前表面回波信号和绕球面回波信号的混合回波信号。
可选的，所述根据所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值，得到信号差异值，具体包括：
将所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值做差，得到所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值在相应频率上的信号差异值；
计算各个连续频率上的信号差异值，得到连续信号差异值。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化系统，所述自动平坦化系统包括：
第一获取模块，用于获取回波散射球反射的回波信号；
傅里叶变换模块，用于对所述回波信号进行傅里叶变换，得到频率域上的信号函数值；
第二获取模块，用于获取回波散射球的宽频响应曲线理论值；
差异值计算模块，用于根据所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值，得到信号差异值；
傅里叶逆变换模块，用于将所述信号差异值进行傅里叶逆变换，得到时间域上的函数值；
校正模块，用于根据所述函数值对换能器发送的宽频脉冲的幅值进行校正。
可选的，所述回波信号为回波散射球前表面回波信号，或者前表面回波信号和绕球面回波信号的混合回波信号。
可选的，所述差异值计算模块，具体包括：
差异值计算子单元，用于将所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值做差，得到所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值在相应频率上的信号差异值；
连续信号差异值计算单元，用于计算各个连续频率上的信号差异值，得到连续信号差异值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化装置，通过使用一个已知宽频回波散射特征的回波散射球作为信号校准标的物，反射由换能器发出的宽频脉冲信号，换能器接收该宽频回波信号后，在与其相连的处理器中，实时对比该信号和回波散射球的宽频回波散射理论值，产生一个宽频校正信号，通过信号发生器实时融合初始宽频脉冲信号和宽频校正信号，从而实现换能器的发送接收宽频响应曲线的自动平坦化功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化方法流程图；
图2为本发明实施例宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化装置，所述装置包括信号发生器、功率放大器、换能器、回波散射球、信号接收单元和处理器；
所述信号发生器用于产生一个宽频脉冲信号以及宽频校正信号；所述功率放大器用于放大所述信号发生器产生的信号的功率；所述换能器用于电-声转换所述功率放大器发送的宽频脉冲信号和回波声信号；所述回波散射球，位于所述换能器设定距离的位置上，用于反射回波信号；所述换能器用于发送宽频脉冲信号和接收所述回波散射球反射的回波信号；处理器，通过信号接收单元与换能器连接，用于将接收的回波散射球的回波信号和回波散射球的回波散射理论值进行处理，得到宽频校正信号。
图1为本发明实施例宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化方法流程图。如图1所示，一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化方法，所述自动平坦化方法包括：
步骤101：获取回波散射球反射的回波信号，所述回波信号为回波散射球前表面回波信号，或者前表面回波信号和绕球面回波信号的混合回波信号；
步骤102：对所述回波信号进行傅里叶变换，得到频率域上的信号函数值；
步骤103：获取回波散射球的宽频响应曲线理论值；
步骤104：根据所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值，得到信号差异值；
步骤105：将所述信号差异值进行傅里叶逆变换，得到时间域上的函数值；
步骤106：根据所述函数值对换能器发送的宽频脉冲的幅值进行校正。
步骤104，具体包括：
将所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值做差，得到所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值在相应频率上的信号差异值；
计算各个连续频率上的信号差异值，得到连续信号差异值。
本发明提供一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化装置，通过使用一个已知宽频回波散射特征的回波散射球作为信号校准标的物，反射由换能器发出的宽频脉冲信号，换能器接收该宽频回波信号后，在与其相连的处理器中，实时对比该信号和回波散射球的宽频回波散射理论值，产生一个宽频校正信号，通过信号发生器实时融合初始宽频脉冲信号和宽频校正信号，从而实现换能器的发送接收宽频响应曲线的自动平坦化功能。
图2为本发明实施例宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化系统结构图。如图2所示，一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化系统，所述自动平坦化系统包括：
第一获取模块201，用于获取回波散射球反射的回波信号，所述回波信号为散射球前表面回波信号，或者前表面回波信号和绕球面回波信号的混合回波信号；
傅里叶变换模块202，用于对所述回波信号进行傅里叶变换，得到频率域上的信号函数值；
第二获取模块203，用于获取回波散射球的宽频响应曲线理论值；
差异值计算模块204，用于根据所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值，得到信号差异值；
傅里叶逆变换模块205，用于将所述信号差异值进行傅里叶逆变换，得到时间域上的函数值；
校正模块206，用于根据所述函数值对换能器发送的宽频脉冲的幅值进行校正。
所述差异值计算模块204，具体包括：
差异值计算子单元，用于将所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值做差，得到所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值在相应频率上的信号差异值；
连续信号差异值计算单元，用于计算各个连续频率上的信号差异值，得到连续信号差异值。
具体实施例1：
在宽频水声换能器的声轴方向一定距离放置一个回波散射球(回波散射球的宽频回波散射特征已知,散射球可以是钨钢圆球、也可以是其它材质或形状，其回波散射特征可计算的标的物)；
使用该换能器发送一个宽频脉冲信号s(t)，并且接收由回波散射球反射的回波信号e(t)，回波信号可以是散射球前表面回波信号，也可以是前表面回波和绕球面回波等各种回波的混合信号；
将接收的回波信号e(t)进行傅里叶变换，计算其频率域上的信号函数E(f)；
对比E(f)及回波散射球的宽频响应曲线理论值H(f)，算出二者之间的在发各个连续频率上的信号差异△(f)；
将算出的信号差异△(f)进行傅里叶逆变换，求出其在时间域上的函数△(t)，由信号发生器生产一个宽频校正信号△(t)，根据校正信号，对发送脉冲在各个频率上的幅值进行校正编辑，即s(t)＝s(t)*△(t)，以实现换能器的发送接收宽频响应曲线的自动平坦化功能。
对发送信号进行实时校正更新，确保测量系统的精度。
在实际信号处理过程中，如果直接在时间域上处理信号可以反馈到信号在频率域上的差异，可不对信号进行傅里叶变换，直接在时间域上处理。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化方法，其特征在于，所述自动平坦化方法包括：
获取回波散射球反射的回波信号；
对所述回波信号进行傅里叶变换，得到频率域上的信号函数值；
获取回波散射球的宽频响应曲线理论值；
根据所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值，得到信号差异值；
将所述信号差异值进行傅里叶逆变换，得到时间域上的函数值；
根据所述函数值对换能器发送的宽频脉冲的幅值进行校正；
所述根据所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值，得到信号差异值，具体包括：
将所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值做差，得到所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值在相应频率上的信号差异值；
计算各个连续频率上的信号差异值，得到连续信号差异值。
2.根据权利要求1所述的宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化方法，其特征在于，所述回波信号为回波散射球前表面回波信号，或者前表面回波信号和绕球面回波信号的混合回波信号。
3.一种宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化系统，其特征在于，所述自动平坦化系统包括：
第一获取模块，用于获取回波散射球反射的回波信号；
傅里叶变换模块，用于对所述回波信号进行傅里叶变换，得到频率域上的信号函数值；
第二获取模块，用于获取回波散射球的宽频响应曲线理论值；
差异值计算模块，用于根据所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值，得到信号差异值；
傅里叶逆变换模块，用于将所述信号差异值进行傅里叶逆变换，得到时间域上的函数值；
校正模块，用于根据所述函数值对换能器发送的宽频脉冲的幅值进行校正；
所述差异值计算模块，具体包括：
差异值计算子单元，用于将所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值做差，得到所述信号函数值和所述宽频响应曲线理论值在相应频率上的信号差异值；
连续信号差异值计算单元，用于计算各个连续频率上的信号差异值，得到连续信号差异值。
4.根据权利要求3所述的宽频带水声换能器的收发综合响应自动平坦化系统，其特征在于，所述回波信号为回波散射球前表面回波信号，或者前表面回波信号和绕球面回波信号的混合回波信号。
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