CN111650551B - 一种宽频带水声信号能量均衡方法及系统 - Google Patents

一种宽频带水声信号能量均衡方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽频带水声信号能量均衡方法，包括以下步骤：产生宽频带范围内的脉冲声信标；获取脉冲声信标的声源级；将声源级相近的不同频率的脉冲声信标组合为组合声信标；基于组合声信标匹配换能器工作。上述宽频带水声信号能量均衡方法及系统，利用换能器发射电压相应的不均衡特性，能够在不改变现有硬件电路的基础上，通过对宽频带水声信号的声信标模式进行匹配和重新组合，实现了宽频带水声信号能量的均衡，提高了宽频带水声信号系统的抗干扰性；并且该宽频带水声信号能量均衡方法无需复杂的能量均衡硬件，基于该方法的宽频带水声信号系统工程造价较低，降低了水声测量的成本。

Description

一种宽频带水声信号能量均衡方法及系统
技术领域
本发明属于水声测量技术领域，具体涉及一种宽频带水声信号能量均衡方法及系统。
背景技术
水声信号是指声音信号在水介质中的传播。近年来在水声测量领域宽频带大功率发射水声信号技术获得较大进展，然而对于宽频带信号，水声换能器的阻抗变化非常大，频带范围内一般可从几十Ω到几千Ω，往往会导致输出信号不同频点的能量起伏较大。传统的宽频带水声信号能量均衡方法是对宽带发射机的单个或多个同种类型的换能器输出进行匹配，常见的有调谐匹配和变阻匹配等。此外，也有专利技术通过多个换能器匹配，利用声阵发射出能量均衡的宽频带水声信号。然而，上述能量均衡方法需要基于特定的硬件，需要较为复杂的能量均衡电路及系统，在实施上需要对现有的宽频带水声信号系统进行硬件的改进，造成应用十分不便。
发明内容
本发明针对传统的能量均衡方法需要基于特定的硬件，应用十分不便的技术问题，提供一种宽频带水声信号能量均衡方法及系统。
本发明提供的一种宽频带水声信号能量均衡方法，所述能量均衡方法包括以下步骤：
产生宽频带范围内的脉冲声信标；
获取所述脉冲声信标的声源级；
将声源级相近的不同频率的脉冲声信标组合为组合声信标；
基于所述组合声信标匹配换能器工作。
在其中的一个实施例中，应用所述能量均衡方法的宽频带水声信号系统包括信号发生器、驱动电路、功放匹配电路以及换能器，所述信号发生器、所述驱动电路、所述功放匹配电路以及所述换能器依次连接。
在其中的一个实施例中，所述信号发生器用于产生所述脉冲声信标；所述功放匹配电路用于基于所述组合声信标匹配所述换能器工作。
在其中的一个实施例中，所述产生宽频带范围内的脉冲声信标步骤包括：
所述信号发生器编制并向所述驱动电路输出宽频带范围内的所述脉冲声信标。
在其中的一个实施例中，所述信号发生器编制的所述脉冲声信标为单频率脉冲声信标或调频脉冲声信标。
在其中的一个实施例中，所述调频脉冲声信标根据特定规律改变频率。
在其中的一个实施例中，所述获取所述脉冲声信标的声源级步骤包括：
记录所述信号发生器产生的脉冲声信标的声源级；或，
根据换能器的电压发送响应以及声信号幅度折算成相应的脉冲声信标的声源级。
在其中的一个实施例中，所述基于所述组合声信标匹配换能器工作步骤中，所述组合声信标为一组或两组以上。
本发明还提供了一种宽频带水声信号系统，所述宽频带水声信号系统应用如上所述的宽频带水声信号能量均衡方法。
在其中的一个实施例中，所述换能器为一个或两个以上。
上述宽频带水声信号能量均衡方法及系统，利用换能器发射电压相应的不均衡特性，能够在不改变现有硬件电路的基础上，通过对宽频带水声信号的声信标模式进行匹配和重新组合，使号发生器产生宽频带脉冲声信标并将声源级相近的不同频率的脉冲声信标组合为组合声信标，基于声源级相近的组合声信标匹配换能器工作，实现了宽频带水声信号能量的均衡，提高了宽频带水声信号系统的抗干扰性；并且该宽频带水声信号能量均衡方法无需复杂的能量均衡硬件，基于该方法的宽频带水声信号系统工程造价较低，降低了水声测量的成本。此外，对于换能器和匹配电路已经固定、无复杂的频率均衡硬件电路的现有的宽频带水声信号系统，本发明的宽频带水声信号能量均衡方法具有很高的应用价值。
附图说明
图1为本发明一实施例的宽频带水声信号能量均衡方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例的宽频带水声信号系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
请参阅图1和图2所示，本发明提供的一种宽频带水声信号能量均衡方法，包括以下步骤：
S100，产生宽频带范围内的脉冲声信标；
S200，获取脉冲声信标的声源级；
S300，将声源级相近的不同频率的脉冲声信标组合为组合声信标；
S400，基于组合声信标匹配换能器40工作。
上述宽频带水声信号能量均衡方法，利用换能器40发射电压响应的不均衡特性，能够在不改变现有硬件电路的基础上，通过对宽频带水声信号的声信标模式进行重新组合和匹配，使号发生器产生宽频带范围内的脉冲声信标并将声源级相近的不同频率的脉冲声信标组合为组合声信标，基于声源级相近的组合声信标匹配换能器40工作，实现了宽频带水声信号能量的均衡，提高了宽频带水声信号系统的抗干扰性；并且该宽频带水声信号能量均衡方法无需复杂的能量均衡硬件，基于该方法的宽频带水声信号系统工程造价较低，降低了水声测量的成本。此外，对于换能器40和匹配电路已经固定、无复杂的频率均衡硬件电路的现有的宽频带水声信号系统，本发明的宽频带水声信号能量均衡方法可在不改变现有系统结构的情况下进行应用，因此具有很高的应用价值。
作为一种可选实施方式，应用该能量均衡方法的宽频带水声信号系统可以包括信号发生器10、驱动电路20、功放匹配电路30以及换能器40，信号发生器10、驱动电路20、功放匹配电路30以及换能器40依次连接。其中，信号发生器10用于产生脉冲声信标；功放匹配电路30用于基于组合声信标匹配换能器40工作。
可选的，上述宽频带水声信号能量均衡方法中，产生宽频带范围内的脉冲声信标步骤包括：
信号发生器10编制并向驱动电路20输出宽频带范围内的脉冲声信标。
可选的，信号发生器10编制的脉冲声信标为单频率脉冲声信标或调频脉冲声信标。
进一步可选的，调频脉冲声信标根据特定规律改变脉冲声信标的频率。
上述宽频带水声信号能量均衡方法中，信号发生器10产生所需要的宽频带范围内的单频率的或调频的脉冲声信标(脉冲信号)并输出给驱动电路20，驱动电路20连接功放匹配电路30并将脉冲声信标输送至匹配电路，功放匹配电路30连接换能器40并将声源级相近的不同频率的脉冲声信标组合为组合声信标，进而基于组合声信标匹配换能器40工作。
宽频带水声信号系统运行时，信号发生器10产生的声信标在实际使用的宽频带范围内，对换能器40进行单频点功放匹配。即，信号发生器10编制单频率的脉冲声信标，系统记录信号发生器10产生的单频率的脉冲声信标的声源级从而实现获取脉冲声信标的声源级的目的；信号发生器10将单频率的脉冲信号输出给驱动电路20，继而通过驱动电路20输送至功放匹配电路30，功放匹配电路30获取相近声源级所对应频率的脉冲声信标并将这些声信标组合成新的组合声信标，进而基于组合声信标匹配换能器40并推动换能器40工作从而实现能量均衡。
在其他实施例中，获取脉冲声信标的声源级的方法也可以是通过换能器40的电压发送响应和声信号幅度折算成相应的脉冲声信标的声源级。
作为一种可选实施方式，基于组合声信标匹配换能器40工作步骤中，组合声信标为一组。在其他实施方式中，基于组合声信标匹配换能器40工作步骤中，组合声信标为两组以上。在实际应用中，组合声信标不限于一组，可根据实际需要分成多个组合声信标，例如类似于间隔跳频组合的方式，最终实现宽频带水声信号能量的相对均衡。
相对于传统的声信标为连续的单频或调频，在本发明中为脉冲声信标，采用的是类似跳频组合方式。以需要的声信标频带为22kHz～38kHz为例，在本发明的一个实施方案中，假如脉冲声信标的频率为22kHz、23kHz、24kHz、25kHz、35kHz、36kHz、37kHz、38kHz时，换能器40发射电压响应相近在141dB左右，单频输入后声源级也相近在188dB左右，则将这些频率的声信标组合在一起，形成第一组合声信标。脉冲声信标的频率为26kHz～34kHz时，换能器40发射电压响应相近都在145dB左右，单频输入后声源级也相近在192dB左右，则将这些频率的声信标组合在一起，形成第二组合声信标。第一组合声信标和第二组合声信标可以单独使用实现能量均衡，也可以组合在一起，采用第一组合声信标加延时再加第二组合声信标的方式实现宽频带水声信号能量相对均衡。
本发明的第二大方面还提供了一种宽频带水声信号系统，该宽频带水声信号系统应用上述的宽频带水声信号能量均衡方法。请参阅附图2所示，本发明一实施例的宽频带水声信号系统包括依次连接的信号发生器10、驱动电路20、功放匹配电路30以及换能器40。
宽频带水声信号系统运行时，信号发生器10编制脉冲声信标，系统记录信号发生器10产生的的脉冲声信标的声源级从而实现获取脉冲声信标的声源级的目的；信号发生器10将脉冲信号输出给驱动电路20，继而通过驱动电路20输送至功放匹配电路30，功放匹配电路30获取相近声源级所对应频率的脉冲声信标并将这些声信标组合成新的组合声信标，进而基于该组合声信标匹配换能器40并推动换能器40工作从而实现能量均衡。
上述宽频带水声信号系统运行时采用的宽频带水声信号能量均衡方法，利用换能器40发射电压响应的不均衡特性，能够在不改变现有硬件电路的基础上，通过对宽频带水声信号的声信标模式进行重新组合和匹配，使号发生器产生宽频带范围内的脉冲声信标并将声源级相近的不同频率的脉冲声信标组合为组合声信标，基于声源级相近的组合声信标匹配换能器40工作，实现了宽频带水声信号能量的均衡，提高了宽频带水声信号系统的抗干扰性；并且该宽频带水声信号能量均衡方法无需复杂的能量均衡硬件，基于该方法的宽频带水声信号系统工程造价较低，降低了水声测量的成本。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种宽频带水声信号能量均衡方法，其特征在于，所述能量均衡方法包括以下步骤：
产生宽频带范围内的脉冲声信标；
获取所述脉冲声信标的声源级；
将声源级相近的不同频率的脉冲声信标组合为组合声信标；
基于所述组合声信标匹配换能器(40)工作。
2.根据权利要求1所述的宽频带水声信号能量均衡方法，其特征在于，应用所述能量均衡方法的宽频带水声信号系统包括信号发生器(10)、驱动电路(20)、功放匹配电路(30)以及换能器(40)，所述信号发生器(10)、所述驱动电路(20)、所述功放匹配电路(30)以及所述换能器(40)依次连接。
3.根据权利要求2所述的宽频带水声信号能量均衡方法，其特征在于，所述信号发生器(10)用于产生所述脉冲声信标；所述功放匹配电路(30)用于基于所述组合声信标匹配所述换能器(40)工作。
4.根据权利要求3所述的宽频带水声信号能量均衡方法，其特征在于，所述产生宽频带范围内的脉冲声信标步骤包括：
所述信号发生器(10)编制并向所述驱动电路(20)输出宽频带范围内的所述脉冲声信标。
5.根据权利要求4所述的宽频带水声信号能量均衡方法，其特征在于，所述信号发生器(10)编制的所述脉冲声信标为单频率脉冲声信标或调频脉冲声信标。
6.根据权利要求5所述的宽频带水声信号能量均衡方法，其特征在于，所述调频脉冲声信标根据特定规律改变频率。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的宽频带水声信号能量均衡方法，其特征在于，所述获取所述脉冲声信标的声源级步骤包括：
记录所述信号发生器(10)产生的脉冲声信标的声源级；或，
根据换能器(40)的电压发送响应以及声信号幅度折算成相应的脉冲声信标的声源级。
8.根据权利要求7所述的宽频带水声信号能量均衡方法，其特征在于，所述基于所述组合声信标匹配换能器(40)工作步骤中，所述组合声信标为一组或两组以上。
9.一种宽频带水声信号系统，其特征在于，所述宽频带水声信号系统应用如权利要求1至8任意一项所述的宽频带水声信号能量均衡方法。
10.根据权利要求9所述的宽频带水声信号系统 ，其特征在于，所述换能器(40)为一个或两个以上。
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