CN112835024A - 一种利用多普勒原理的水下物体追踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水下物体追踪技术领域，具体地说，涉及一种利用多普勒原理的水下物体追踪方法。其包括对空扫描：向追踪水域释放至少一段固定频率的脉冲波，并利用脉冲与浮游物接触后产生回波的原理对浮游物进行扫描。本发明中通过对采集的回波与释放的脉冲波之间的频差进行计算，以计算出追踪水域释水下的浮游物的移动速度以及浮游物所占范围的大小，并利用模数转换器将计算的频差转换成数字信号，并将数字信号通过显示器显示出来，从而使浮游物移动的速度以及所占面积显示更加直观。
Description
技术领域
本发明涉及水下物体追踪技术领域，具体地说，涉及一种利用多普勒原理的水下物体追踪方法。
背景技术
目前，为远程了解目标的位置，人们发明出可以追踪目标的设备，追踪定位器是其中一种。现有追踪定位器一般包括定位模块和通信模块。定位模块用于获得追踪器所在的经纬度，而通信模块则将所述经纬度向用户发送。定位模块包括定位单元、存储单元和对比单元，用户预先设定的经纬度地址储存在存储单元中，当需要进行定位时，定位单元获取当前所在的经纬度，对比单元对比存储单元中预先设定的经纬度地址和定位单元获取的经纬度地址，得出定位结果。
但在对水下的浮游物进行追踪时，都通过雷达进行探测，但雷达在探测对浮游物进移动的速度以及所占空间不能够直观的显示出来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用多普勒原理的水下物体追踪方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种利用多普勒原理的水下物体追踪方法，包括如下方法步骤：
S1.1、对空扫描：向追踪水域释放至少一段固定频率的脉冲波，并利用脉冲与浮游物接触后产生回波的原理对浮游物进行扫描；
S1.2、回波采集：对回波进行采集，并对采集的回波进行存储；
S1.3、频差计算：对采集的回波与释放的脉冲波之间的频差进行计算，以计算出追踪水域释水下的浮游物的移动速度以及浮游物所占范围的大小；
S1.4、频差数显：利用模数转换器将计算的频差转换成数字信号，并将数字信号通过显示器显示出来；
S1.5、热像追踪：利用非接触探测红外能量对追踪水域进行探测，并将探测的温度信号转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，以对浮游物的位置进行追踪。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1.1中脉冲波通过雷达发射机进行释放，包括如下步骤：
S2.1、雷达发射机的电磁能量经过收发转换开关传送至天线；
S2.2、天线接收后，将电磁能量释放至大气中,集中在追踪水域的方向上形成波束,并向前传播；
S2.3、电磁波遇到水下的浮游物后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达发射器的方向,被雷达天线获取；
S2.4、天线获取的能量经过收发转换开关发送至接收机，形成回波，并对回波进行处理。
作为本技术方案的进一步改进，所述S2.4中回波处理采用有源滤波器，其滤波方法如下：
S3.1、选取回波中的波形邻域；
S3.2、计算邻域的中值，并将中值与中心点替换。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1.2中回波采集采用数字触发的采样方法，其步骤如下：
S4.1对波形信号进行采集,并将采集到的波形数据和触发电平进行比较，找到波形在上升过程中大于或等于该触发电平的点，形成触发信号；
S4.2、触发信号形成后，开始对波形进行存储，因此无需要增加额外的硬件电路，实现方便。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1.3中频差的计算采用多普勒频差提取的方法，包括如下步骤：
S5.1、在不同时间交替发送数据符号和导频符号，并采用时隙为基本单元；
S5.2、接收数据符号和导频符，将其组合成循环前缀和循环正交序列，以便于在频差计算时取出码间串扰和多径干扰；
S5.3、径接收端从基带接收信号提取导频符号发送至频差计算器，并将计算出的径频率参数输出到最强径搜索器；
S5.4、最强径搜索器接收后，对径频率参数进行统计，以选择出最强径频率参数；
S5.5、对最强径频率参数进行LCR检测，并计算出频差。
作为本技术方案的进一步改进，所述S5.5中LCR检测步骤如下：
S6.1、设置测试频率的阈值电平；
S6.2、对频率参数进行开路、短路校准；
S6.3、重复步骤S6.2，以实现实时检测。
作为本技术方案的进一步改进，所述S6.1中阈值电平的电场分量计算公式如下：
其中，NR电场分量；fd为回波最大多普勒频差；α为阈值电平。
作为本技术方案的进一步改进，所述阈值电平的计算公式如下：
其中，R为特定电平；Rms为衰落包络。
作为本技术方案的进一步改进，所述S5.5中频差计算公式如下：
其中，fdi为各个速度相对应的多普勒偏差真实值；
为fdi的估计值；m为采用的速度数目。
作为本技术方案的进一步改进，所述S1.5中热成像追踪方法如下：
S7.1、利用光学器件将追踪水域下的的浮游物发出的红外能量聚焦在红外探测器上；
S7.2、红外探测器将红外数据转换成标准的视频格式，用于在标准的视频监视器上显示出来，由于热成像系统探测的是热而不是光，可全天候使用；又因为它完全是被动式的装置，没有光辐射或射频能量，所以不会暴露使用者的位置，从而通过红外探测器将水下的浮游物直观的显示出来。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明通过对采集的回波与释放的脉冲波之间的频差进行计算，以计算出追踪水域释水下的浮游物的移动速度以及浮游物所占范围的大小，并利用模数转换器将计算的频差转换成数字信号，并将数字信号通过显示器显示出来，从而使浮游物移动的速度以及所占面积显示更加直观，另外通过非接触探测红外能量对追踪水域进行探测，并将探测的温度信号转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，以对浮游物的位置进行追踪。
附图说明
图1为本发明的整体流程图；
图2为本发明的雷达发射机释放步骤流程图；
图3为本发明的滤波方法步骤流程图；
图4为本发明的采样方法步骤流程图；
图5为本发明的多普勒频差提取方法步骤流程图；
图6为本发明的LCR检测步骤流程图；
图7为本发明的热成像追踪方法步骤流程图。
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。
请参阅图1-图7，本发明提供一种技术方案：
本发明提供一种利用多普勒原理的水下物体追踪方法，包括如下方法步骤：
S1.1、对空扫描：向追踪水域释放至少一段固定频率的脉冲波，并利用脉冲与浮游物接触后产生回波的原理对浮游物进行扫描；
S1.2、回波采集：对回波进行采集，并对采集的回波进行存储；
S1.3、频差计算：对采集的回波与释放的脉冲波之间的频差进行计算，以计算出追踪水域释水下的浮游物的移动速度以及浮游物所占范围的大小；
S1.4、频差数显：利用模数转换器将计算的频差转换成数字信号，并将数字信号通过显示器显示出来；
S1.5、热像追踪：利用非接触探测红外能量对追踪水域进行探测，并将探测的温度信号转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，以对浮游物的位置进行追踪。
此外，S1.1中脉冲波通过雷达发射机进行释放，包括如下步骤：
S2.1、雷达发射机的电磁能量经过收发转换开关传送至天线；
S2.2、天线接收后，将电磁能量释放至大气中,集中在追踪水域的方向上形成波束,并向前传播；
S2.3、电磁波遇到水下的浮游物后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达发射器的方向,被雷达天线获取；
S2.4、天线获取的能量经过收发转换开关发送至接收机，形成回波，并对回波进行处理。
进一步的，S2.4中回波处理采用有源滤波器，其滤波方法如下：
S3.1、选取回波中的波形邻域；
S3.2、计算邻域的中值，并将中值与中心点替换。
具体的，S1.2中回波采集采用数字触发的采样方法，其步骤如下：
S4.1对波形信号进行采集,并将采集到的波形数据和触发电平进行比较，找到波形在上升过程中大于或等于该触发电平的点，形成触发信号；
S4.2、触发信号形成后，开始对波形进行存储，因此无需要增加额外的硬件电路，实现方便。
此外，S1.3中频差的计算采用多普勒频差提取的方法，包括如下步骤：
S5.1、在不同时间交替发送数据符号和导频符号，并采用时隙为基本单元；
S5.2、接收数据符号和导频符，将其组合成循环前缀和循环正交序列，以便于在频差计算时取出码间串扰和多径干扰；
S5.3、径接收端从基带接收信号提取导频符号发送至频差计算器，并将计算出的径频率参数输出到最强径搜索器；
S5.4、最强径搜索器接收后，对径频率参数进行统计，以选择出最强径频率参数；
S5.5、对最强径频率参数进行LCR检测，并计算出频差。
除此之外，S5.5中LCR检测步骤如下：
S6.1、设置测试频率的阈值电平；
S6.2、对频率参数进行开路、短路校准；
S6.3、重复步骤S6.2，以实现实时检测。
进一步的，S6.1中阈值电平的电场分量计算公式如下：
其中，NR电场分量；fd为回波最大多普勒频差；α为阈值电平。
此外，阈值电平的计算公式如下：
其中，R为特定电平；Rms为衰落包络。
除此之外，S5.5中频差计算公式如下：
其中，fdi为各个速度相对应的多普勒偏差真实值；
为fdi的估计值；m为采用的速度数目。
具体的，S1.5中热成像追踪方法如下：
S7.1、利用光学器件将追踪水域下的的浮游物发出的红外能量聚焦在红外探测器上；
S7.2、红外探测器将红外数据转换成标准的视频格式，用于在标准的视频监视器上显示出来。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于，包括如下方法步骤：
S1.1、对空扫描：向追踪水域释放至少一段固定频率的脉冲波，并利用脉冲与浮游物接触后产生回波的原理对浮游物进行扫描；
S1.2、回波采集：对回波进行采集，并对采集的回波进行存储；
S1.3、频差计算：对采集的回波与释放的脉冲波之间的频差进行计算，以计算出追踪水域释水下的浮游物的移动速度以及浮游物所占范围的大小；
S1.4、频差数显：利用模数转换器将计算的频差转换成数字信号，并将数字信号通过显示器显示出来；
S1.5、热像追踪：利用非接触探测红外能量对追踪水域进行探测，并将探测的温度信号转换为电信号，进而在显示器上生成热图像和温度值，以对浮游物的位置进行追踪。
2.根据权利要求1所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述S1.1中脉冲波通过雷达发射机进行释放，包括如下步骤：
S2.1、雷达发射机的电磁能量经过收发转换开关传送至天线；
S2.2、天线接收后，将电磁能量释放至大气中,集中在追踪水域的方向上形成波束,并向前传播；
S2.3、电磁波遇到水下的浮游物后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达发射器的方向,被雷达天线获取；
S2.4、天线获取的能量经过收发转换开关发送至接收机，形成回波，并对回波进行处理。
3.根据权利要求2所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述S2.4中回波处理采用有源滤波器，其滤波方法如下：
S3.1、选取回波中的波形邻域；
S3.2、计算邻域的中值，并将中值与中心点替换。
4.根据权利要求3所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述S1.2中回波采集采用数字触发的采样方法，其步骤如下：
S4.1对波形信号进行采集,并将采集到的波形数据和触发电平进行比较，找到波形在上升过程中大于或等于该触发电平的点，形成触发信号；
S4.2、触发信号形成后，开始对波形进行存储。
5.根据权利要求1所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述S1.3中频差的计算采用多普勒频差提取的方法，包括如下步骤：
S5.1、在不同时间交替发送数据符号和导频符号，并采用时隙为基本单元；
S5.2、接收数据符号和导频符，将其组合成循环前缀和循环正交序列；
S5.3、径接收端从基带接收信号提取导频符号发送至频差计算器，并将计算出的径频率参数输出到最强径搜索器；
S5.4、最强径搜索器接收后，对径频率参数进行统计，以选择出最强径频率参数；
S5.5、对最强径频率参数进行LCR检测，并计算出频差。
6.根据权利要求5所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述S5.5中LCR检测步骤如下：
S6.1、设置测试频率的阈值电平；
S6.2、对频率参数进行开路、短路校准；
S6.3、重复步骤S6.2，以实现实时检测。
7.根据权利要求6所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述S6.1中阈值电平的电场分量计算公式如下：
其中，NR电场分量；fd为回波最大多普勒频差；α为阈值电平。
8.根据权利要求7所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述阈值电平的计算公式如下：
其中，R为特定电平；Rms为衰落包络。
9.根据权利要求5所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述S5.5中频差计算公式如下：
其中，fdi为各个速度相对应的多普勒偏差真实值；
为fdi的估计值；m为采用的速度数目。
10.根据权利要求1所述的利用多普勒原理的水下物体追踪方法，其特征在于：所述S1.5中热成像追踪方法如下：
S7.1、利用光学器件将追踪水域下的的浮游物发出的红外能量聚焦在红外探测器上；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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