CN111141262A - 一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法，包括如下步骤：AD采集、量化、解码和校验，其特征在于：AD采集，得到s(n)，然后通过高通均衡器km(n)修正s(n)，得到s0(n)，高通均衡器km(n)为高通滤波器K(s)对应的脉冲响应函数，K(s)*H(s)＝1，H(s)为信道的传递函数，本发明的方法解决了信号畸变的问题。

Description

一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，具体涉及一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法。
背景技术
投弃式海洋参数剖面测量设备用于测量海水的参数剖面，例如温度剖面、盐都剖面、声速剖面等，适用于在航行或停泊的各种船舶上使用。测量设备的原理如图1所示：传感器封装在探头中，探头由发射装置发射入水，探头在下降的过程中实时测量相关参数，探头内部的测量电路实时完成相关参数的编码，解码后的数据通过探头内置的细长传输导线以模拟信号的形式同步传输到船上的甲板单元，最终形成参数剖面。
上述过程存在问题如下：测量设备的传输导线一般长达2000到3000m，包括缠在水上线轴和水下线轴两个线轴上，随着探头的下降，两个线轴的线不断释放，中间段的导线不断增加，由于海水中盐度的影响，对模拟信号的传输来说，相当于经过了一个参数动态变化的滤波器，使甲板单元接收的信号畸变严重，无法直接使用。
鉴于此，特提出此发明。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法，用于处理传输线传输而来的模拟信号，解决了信号畸变的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法，包括如下步骤：
步骤1：AD采集，得到s(n)；
步骤2：通过高通均衡器km(n)修正s(n)，得到s0(n)，高通均衡器km(n)为高通滤波器K(s)对应的脉冲响应函数，K(s)*H(s)＝1，H(s)为信道的传递函数。
步骤3：对s0(n)进行量化、解码和校验计算，得到输出。
进一步，步骤2中，K(S)的传递函数如下：
Figure BDA0002331510980000021
进一步，步骤2中，采用分段的方法修正s(n)，K(S)的分段参数如下：
T/s a b1 b2 b3 b4 b5
20 4.65392E-08 5.4164E-06 3.42689E-06 1.23753E-11 2.79863E-12 9.21491E-20
40 4.49344E-08 5.45681E-06 3.38058E-06 1.49991E-11 2.70212E-12 2.11442E-19
60 4.33296E-08 5.48379E-06 3.33427E-06 1.72591E-11 2.60562E-12 3.24195E-19
80 4.17248E-08 5.49785E-06 3.28796E-06 1.91376E-11 2.50911E-12 4.28767E-19
100 4.012E-08 5.49948E-06 3.24165E-06 2.06267E-11 2.41261E-12 5.23784E-19
120 3.85152E-08 5.48917E-06 3.19534E-06 2.17276E-11 2.31611E-12 6.08134E-19
140 3.69104E-08 5.46737E-06 3.14903E-06 2.24487E-11 2.2196E-12 6.80945E-19
160 3.53056E-08 5.43453E-06 3.10272E-06 2.28048E-11 2.1231E-12 7.41574E-19
180 3.37008E-08 5.39108E-06 3.05641E-06 2.28161E-11 2.02659E-12 7.89592E-19
200 3.2096E-08 5.33741E-06 3.0101E-06 2.25074E-11 1.93009E-12 8.24777E-19
220 3.04912E-08 5.27394E-06 2.96379E-06 2.19074E-11 1.83358E-12 8.47099E-19
240 2.88864E-08 5.20102E-06 2.91748E-06 2.10477E-11 1.73708E-12 8.56714E-19
260 2.72816E-08 5.11903E-06 2.87117E-06 1.99625E-11 1.64058E-12 8.53951E-19
280 2.56768E-08 5.02829E-06 2.82486E-06 1.86882E-11 1.54407E-12 8.3931E-19
300 2.4072E-08 4.92914E-06 2.77855E-06 1.72622E-11 1.44757E-12 8.13455E-19
根据时间确定K(S)的参数，用于修正s(n)。
本发明的有益效果是：设计了高通均衡器km(n)修正传输线传输而来的模拟信号，解决了信号畸变的问题，进一步优选的方案中，采用采用分段的方法进行修正，便于工程实现。
附图说明
图1为投弃式海洋参数剖面测量设备的原理图；
图2为投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法的原理图；
图3为投弃式海洋参数剖面测量设备的数据传输信道的模型图；
图4为信号原始数据图；
图5为信号修正后数据图。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
实施例一：
如图2所示，一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法，用于处理传输线传输而来的模拟信号，包括如下步骤：
步骤1：AD采集，得到s(n)，本实施例中，AD采集的采样率fs为探头波特率f0的10*a倍，a为大于1的实数，如fs＝20*f0；
步骤2：通过高通均衡器km(n)修正s(n)，得到s0(n)，高通均衡器km(n)为高通滤波器K(s)对应的脉冲响应函数，K(s)*H(s)＝1，H(s)为信道的传递函数。
步骤3：对s0(n)进行量化、解码和校验计算，得到输出。
本实施例的原理如下，用于投弃式海洋参数剖面测量设备数据传输时的信道模型如图3所示，由水下线轴部分、传输线展开部分和水上线轴部分三部分组成。
对于水下线轴部分：由于传输线是均匀缠绕在水下线轴上的，因此当有信号经过时，传输线绕成的线圈产生电感L1；由于传输线工作在海水环境中，因此传输线和海水耦合产生电容C1；两股传输线之间产生电容C2；两股传输线自身产生电阻R1。
对于传输线展开部分：由于传输线工作在海水环境中，因此传输线和海水耦合产生电容C5；两股传输线之间产生电容C4；两股传输线自身产生电阻R3。
对于水上线轴部分：由于传输线是均匀缠绕在水下线轴上的，因此当有信号经过时，传输线绕成的线圈产生电感L2；两股传输线之间产生电容C3；两股传输线自身产生电阻R2。
通过网孔电流法计算上述信道模型的传递函数，假设水下线部分轴存在电流I1，传输线展开部分轴存在电流I2，水上线轴三部分部分轴存在电流I3，可得到如下方程：
Figure BDA0002331510980000041
公式中，X1为水下线轴部分的复阻抗，X2为传输线展开部分的复阻抗，X3为水上线轴部分的复阻抗，三者的计算公式如下：
Figure BDA0002331510980000042
Figure BDA0002331510980000043
X3＝R2+L2S (4)
推导得信道模型H(S)的传递函数如下：
Figure BDA0002331510980000044
公式中，a、b5、b4、b3、b2、b1、CX、CY的计算公式如下：
α＝R0C2 (6)
Figure BDA0002331510980000045
Figure BDA0002331510980000046
b3＝2C2CYL2(R0+2R1+2R2+2R3)+4R1R32C2CX(R0C2+2R1) (9)
Figure BDA0002331510980000047
b1＝CY(R0+2R2)+2C2(R1+2R3)-C2 (11)
CX＝C3+C4 (12)
CY＝C2+C3+C4 (13)
综上分析可知，数据传输时的信道为一个IIR滤波器，并且滤波器的参数随时间变化，因此需要高通滤波器K(S)，使得K(s)*H(s)＝1，以提高高频带的增益，提取信号中的高频信息，K(S)的传递函数如下：
Figure BDA0002331510980000051
本实施例优选的方案如下：由于探头重量一定，因此在海水中下降速度较小，为了简化计算，便于工程实现，因此本实施例采用分段修正的方法对s(n) 进行修正，参数表如下：
表1 K(S)参数表
T/s a b1 b2 b3 b4 b5
20 4.65392E-08 5.4164E-06 3.42689E-06 1.23753E-11 2.79863E-12 9.21491E-20
40 4.49344E-08 5.45681E-06 3.38058E-06 1.49991E-11 2.70212E-12 2.11442E-19
60 4.33296E-08 5.48379E-06 3.33427E-06 1.72591E-11 2.60562E-12 3.24195E-19
80 4.17248E-08 5.49785E-06 3.28796E-06 1.91376E-11 2.50911E-12 4.28767E-19
100 4.012E-08 5.49948E-06 3.24165E-06 2.06267E-11 2.41261E-12 5.23784E-19
120 3.85152E-08 5.48917E-06 3.19534E-06 2.17276E-11 2.31611E-12 6.08134E-19
140 3.69104E-08 5.46737E-06 3.14903E-06 2.24487E-11 2.2196E-12 6.80945E-19
160 3.53056E-08 5.43453E-06 3.10272E-06 2.28048E-11 2.1231E-12 7.41574E-19
180 3.37008E-08 5.39108E-06 3.05641E-06 2.28161E-11 2.02659E-12 7.89592E-19
200 3.2096E-08 5.33741E-06 3.0101E-06 2.25074E-11 1.93009E-12 8.24777E-19
220 3.04912E-08 5.27394E-06 2.96379E-06 2.19074E-11 1.83358E-12 8.47099E-19
240 2.88864E-08 5.20102E-06 2.91748E-06 2.10477E-11 1.73708E-12 8.56714E-19
260 2.72816E-08 5.11903E-06 2.87117E-06 1.99625E-11 1.64058E-12 8.53951E-19
280 2.56768E-08 5.02829E-06 2.82486E-06 1.86882E-11 1.54407E-12 8.3931E-19
300 2.4072E-08 4.92914E-06 2.77855E-06 1.72622E-11 1.44757E-12 8.13455E-19
本实施例中：原始数据s(n)如图4所示，畸变严重，采用高通均衡器km(n) 修正s(n)后的s0(n)如图5所示，数据被有效修正。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法，包括如下步骤：AD采集、量化、解码和校验，其特征在于：AD采集，得到s(n)，然后通过高通均衡器km(n)修正s(n)，得到s0(n)进行量化，高通均衡器km(n)为高通滤波器K(s)对应的脉冲响应函数，K(s)*H(s)＝1，H(s)为信道的传递函数。
2.如权利要求1所述的一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法，其特征在于：K(S)的传递函数如下：
Figure FDA0002331510970000011
3.如权利要求2所述的一种用于投弃式海洋参数剖面测量设备的信号解调方法，其特征在于：采用分段的方法修正s(n)，K(S)的分段参数如下：
T/s a b1 b2 b3 b4 b5 20 4.65392E-08 5.4164E-06 3.42689E-06 1.23753E-11 2.79863E-12 9.21491E-20 40 4.49344E-08 5.45681E-06 3.38058E-06 1.49991E-11 2.70212E-12 2.11442E-19 60 4.33296E-08 5.48379E-06 3.33427E-06 1.72591E-11 2.60562E-12 3.24195E-19 80 4.17248E-08 5.49785E-06 3.28796E-06 1.91376E-11 2.50911E-12 4.28767E-19 100 4.012E-08 5.49948E-06 3.24165E-06 2.06267E-11 2.41261E-12 5.23784E-19 120 3.85152E-08 5.48917E-06 3.19534E-06 2.17276E-11 2.31611E-12 6.08134E-19 140 3.69104E-08 5.46737E-06 3.14903E-06 2.24487E-11 2.2196E-12 6.80945E-19 160 3.53056E-08 5.43453E-06 3.10272E-06 2.28048E-11 2.1231E-12 7.41574E-19 180 3.37008E-08 5.39108E-06 3.05641E-06 2.28161E-11 2.02659E-12 7.89592E-19 200 3.2096E-08 5.33741E-06 3.0101E-06 2.25074E-11 1.93009E-12 8.24777E-19 220 3.04912E-08 5.27394E-06 2.96379E-06 2.19074E-11 1.83358E-12 8.47099E-19 240 2.88864E-08 5.20102E-06 2.91748E-06 2.10477E-11 1.73708E-12 8.56714E-19 260 2.72816E-08 5.11903E-06 2.87117E-06 1.99625E-11 1.64058E-12 8.53951E-19 280 2.56768E-08 5.02829E-06 2.82486E-06 1.86882E-11 1.54407E-12 8.3931E-19 300 2.4072E-08 4.92914E-06 2.77855E-06 1.72622E-11 1.44757E-12 8.13455E-19
根据时间确定K(S)的参数，用于修正s(n)。
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