CN205246072U - 基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于线性调频信号的多波束测深仪的硬件电路。包括信号处理板、信号发射板、信号接收板以及电源板；信号处理板包括信号处理主板和信号处理从板，信号接收板包括信号接收主板和信号接收从板；信号处理主板分别与信号发射板和信号接收主板连接，完成一半通道数据的接收，以及控制探测信号的发射和控制数据采集的同步功能；信号处理从板与信号接收从板连接，控制信号处理从板完成另一半通道数据的接收。搭建主、从信号处理板框架，二者合理、协调控制整个测深系统运作；既弥补了现有单独信号处理单元数据处理能力不足的问题，使得信号处理过程更加简洁流畅，提高了系统的运作速率，保证了多波束测深系统运行的稳定和可靠性。

Description

基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路

技术领域

本实用新型属于海洋探测技术领域，涉及一种多波束测深仪的硬件电路设计，具体指一种基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路设计。

背景技术

多波束测深仪是一种测量海底地形地貌的仪器设备，它主要是通过发射换能器发射声波，声波到达海底后发生后向散射，由接收换能器阵接收，经过信号预处理、波束形成和底检测等处理，来完成对海底地形的测量。传统的单波束测深系统每次测量只能获得测量船垂直下方一个海底测量深度值，与之相比，多波束探测能获得一个条带覆盖区域内多个测量点的海底深度值，实现了从“点—线”测量到“线—面”测量的跨越，大大提高了测量效率。

由于多波束声呐设备是依靠声波进行海底地形测量的，因而发射声波信号的形式十分重要。在多波束测深系统中，探测作用距离和物体分辨率是衡量多波束系统性能的重要指标。一般的多波束测深系统中多采用单频CW信号作为探测信号，在这种情况下，系统的分辨率与发射脉冲脉宽成反比，脉宽越小，分辨率越高，脉宽越大，分辨率越低；而系统的作用距离和发射脉宽成正比，这是因为脉宽越大，相应的发射能量越大，其作用距离也因而越远。因此对于使用单频信号作为探测信号的系统来说，探测作用距离和分辨率之间是相互制约的，二者不能兼得。

基于线性调频信号的多波束测深系统应运而生，因系统不仅需要反射探测信号，又要进行回波信号的多路采集，仅仅依靠目前单独信号处理单元的硬件电路远远不能满足多路信号采集处理，存在信号处理不流畅，影响测深仪运行的稳定和可靠性。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种基于线性调频信号的多波束测深仪的硬件电路，搭建了用于实现线性调频探测信号发射和多路信号采集的硬件电路，使得信号处理过程更加简洁流畅，保证了多波束测深仪运行的稳定和可靠性。

本实用新型采取以下技术方案来实现上述目的：

一种基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路，包括信号处理板、信号发射板、信号接收板以及为上述各电路板提供工作电源的电源板；所述信号处理板包括信号处理主板和信号处理从板，信号接收板包括信号接收主板和信号接收从板，其中，信号处理主板分别与信号发射板和信号接收主板连接，用于完成一半通道数据的接收，以及控制探测信号的发射和控制数据采集的同步功能；信号处理从板与信号接收从板连接，控制信号处理从板完成另一半通道数据的接收；所述信号发射板用于完成24路线性调频探测信号的发射；信号接收主板用于完成前64通道的数据接收和数据预处理，信号接收从板用于完成后64通道的数据接收和数据预处理。

作为本案的优化方案，所述信号接收板电路包括模拟和数字两部分，其中模拟部分的电路由依次连接的一级固定增益放大模块、可控增益放大模块、二级固定增益放大模块、带通滤波器和三级固定增益放大模块组成。

作为本案的优化方案，数字部分的电路采用DSP+FPGA的处理架构，FPGA完成数据的缓存，DSP完成信号处理。

作为本案的优化方案，所述信号发射板包括24个发射模块，完成1至24路信号的发射。

作为本案的优化方案，所述信号接收主板和信号接收从板均包括8个接收模块，分别用于完成1至64路信号的接收和65至128路信号的接收。

本实用新型的有益效果是：搭建主、从信号处理板框架，二者合理、协调控制整个测深系统运作；既弥补了现有单独信号处理单元数据处理能力不足的问题，又简化了设计流程，使得信号处理过程更加简洁流畅，提高了系统的运作速率，保证了多波束测深系统运行的稳定和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为信号接收板电路模拟部分的结构连接示意框图；

图3为信号接收板电路数字部分的结构搭建示意图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型及其效果作进一步阐述。

如图1所示，一种基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路，包括信号处理板、信号发射板、信号接收板以及为上述各电路板提供工作电源的电源板；所述信号处理板包括信号处理主板和信号处理从板，信号接收板包括信号接收主板和信号接收从板，其中，信号处理主板分别与信号发射板和信号接收主板连接，用于完成一半通道数据的接收，以及控制探测信号的发射和控制数据采集的同步功能，即控制128通道同步进行信号采集，保证数据在时间上的一致性；信号处理从板与信号接收从板连接，控制信号处理从板完成另一半通道数据的接收；所述信号发射板用于完成24路线性调频探测信号的发射；信号接收主板用于完成前64通道的数据接收和数据预处理，信号接收从板用于完成后64通道的数据接收和数据预处理。

具体地，信号发射板包括24个发射模块，可完成1至24路信号的发射。信号接收主板和信号接收从板均包括8个接收模块，分别用于完成1至64路信号的接收和65至128路信号的接收。

信号处理主板和信号处理从板的硬件电路是一样的，仅从功能上进行划分。信号处理主板、从板和信号发射板之间的协调关系是：信号开始采集时，信号处理主板单元发出同步信号，通知信号发射板发射线性调频探测信号，同时信号接收主板和信号接收从板开始工作，进行海底回波数据的采集和预处理，保证数据采集的一致性和有效性，一致性是指接收数据时各通道数据采集的数据必须是同一时刻的，有效性是指采集到的数据必须是发射探测信号之后采集的。本案通过搭建主、从信号处理板框架，二者合理、协调控制整个测深系统运作；既弥补了现有单独信号处理单元数据处理能力不足的问题，使得信号处理过程更加简洁流畅，提高了系统的运作速率，保证了多波束测深系统运行的稳定和可靠性。

进一步地，所述信号接收板电路包括模拟和数字两部分，其中模拟部分的电路由依次连接的一级固定增益放大模块、可控增益放大模块、二级固定增益放大模块、带通滤波器和三级固定增益放大模块组成。由于海底回波信号通过换能器转换成电信号后，能量比较微弱，并且信号本身包含各种频带的环境噪声，对发射接收信号造成干扰。接收电路的模拟电路通过带通滤波处理去除带外噪声信号和增益控制增大信号能量，以提高接收信噪比。此外，除了固定三级增益放大外，在增益控制部分，我们加入了可控增益放大模块，即依据海底回波信号能量衰减规律自动调节增益大小，补偿由于回波信号由于球面扩散和水体吸收带来的能量损失，以提高回波质量。信号接收板电路模拟部分的结构连接示意框图如图2所示。

数字部分的电路采用DSP+FPGA的处理架构，FPGA完成数据的缓存，DSP完成信号处理。信号接收板电路的数字电路结构搭建示意图如图3所示。

以上实施例仅是示例性的，并不会局限本实用新型，应当指出对于本领域的技术人员来说，在本实用新型所提供的技术启示下，所做出的其它等同变型和改进，均应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路，包括信号处理板、信号发射板、信号接收板以及为上述各电路板提供工作电源的电源板；其特征在于：所述信号处理板包括信号处理主板和信号处理从板，信号接收板包括信号接收主板和信号接收从板，其中，信号处理主板分别与信号发射板和信号接收主板连接，用于完成一半通道数据的接收，以及控制探测信号的发射和控制数据采集的同步功能；信号处理从板与信号接收从板连接，控制信号处理从板完成另一半通道数据的接收；所述信号发射板用于完成24路线性调频探测信号的发射；信号接收主板用于完成前64通道的数据接收和数据预处理，信号接收从板用于完成后64通道的数据接收和数据预处理。

2.根据权利要求1所述的基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路，其特征在于：所述信号接收板电路包括模拟和数字两部分，其中模拟部分的电路由依次连接的一级固定增益放大模块、可控增益放大模块、二级固定增益放大模块、带通滤波器和三级固定增益放大模块组成。

3.根据权利要求2所述的基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路，其特征在于：数字部分的电路采用DSP+FPGA的处理架构，FPGA完成数据的缓存，DSP完成信号处理。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路，其特征在于：所述信号发射板包括24个发射模块，完成1至24路信号的发射。

5.根据权利要求1-3任一所述的基于线性调频信号多波束测深仪的硬件电路，其特征在于：所述信号接收主板和信号接收从板均包括8个接收模块，分别用于完成1至64路信号的接收和65至128路信号的接收。