TWI756594B

TWI756594B - 訊號探測系統、訊號處理方法及其相關探測模組

Info

Publication number: TWI756594B
Application number: TW108144773A
Authority: TW
Inventors: 陳雅文; 劉芳斌
Original assignee: 佳世達科技股份有限公司
Priority date: 2019-12-06
Filing date: 2019-12-06
Publication date: 2022-03-01
Also published as: TW202122824A

Abstract

一種訊號探測系統，包含有一探測模組，包含有一發射裝置、一第一探測裝置及一第二探測裝置，該發射裝置用以發出一第一訊號，該第一探測裝置耦接該第二探測裝置，該第一探測裝置與該第二探測裝置分別接收對應於該第一訊號的一高頻反射訊號與一低頻反射訊號；以及一處理模組耦接於該探測模組，該處理模組用以將該高頻反射訊號與該低頻反射訊號處理成影像訊號。

Description

訊號探測系統、訊號處理方法及其相關探測模組

本發明係指一種訊號探測系統、訊號處理方法及其相關探測模組，尤指一種可不侷限於單一方向以進行影像的訊號探測系統、訊號處理方法及其相關探測模組。

聲納探測技術為利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信，其為水聲學中應用最廣泛、最重要的一種技術，可穿透各種水域直接發現水下的環境和物體，再以影像的形式呈現。一般而言，當聲納探測技術應用於一船隻於所在水域進行魚群探測時，具有兩種不同的魚群探測需求：其一是朝向水域的底部，由於需要確定水域深度以及確定魚種，因此需要高解析度的探測影像以進行辨別；另一種是朝面向船隻前方，以針對遠處魚群的分佈情形進行探測。然而，現有用來進行魚群探測的聲納探測技術，需要以不同的聲納探測裝置來滿足上述兩種不同的魚群探測需求，即需更換不同的探頭才可達到預期的目的。因此，現有技術確實有改進的必要。

因此，本發明提供一訊號探測系統、訊號處理方法及其相關探測模組，其不侷限於單一方向以探測所需要的影像，進而改善現有技術的缺點。

本發明之一實施例揭露一種訊號探測系統，包含有：一探測模組，包含有一發射裝置、一第一探測裝置及一第二探測裝置，該發射裝置用以發出一第一訊號，該第一探測裝置耦接該第二探測裝置，該第一探測裝置與該第二探測裝置分別接收對應於該第一訊號的一高頻反射訊號與一低頻反射訊號；以及一處理模組，耦接於該探測模組，該處理模組用以將該高頻反射訊號與該低頻反射訊號處理成影像訊號。

本發明之另一實施例揭露一種訊號處理方法，用於一訊號探測系統，該訊號探測系統包含一發射裝置、一第一探測裝置、一第二探測裝置及一處理模組，該訊號處理方法包含有：由該發射裝置發出一第一訊號；由該第一探測裝置接收對應於該第一訊號的一高頻反射訊號；由該第二探測裝置接收對應於該第一訊號的一低頻反射訊號；切換輸出該高頻反射訊號與該低頻反射訊號至該處理模組；以及該處理模組將該高頻反射訊號與該低頻反射訊號處理成影像訊號。

本發明之另一實施例揭露一種探測模組，包含有：一發射裝置，用以發出一第一訊號；一第一探測裝置，用以接收對應於該第一訊號的一高頻反射訊號；以及一第二探測裝置，耦接該第一探測裝置，該第二探測裝置用以接收對應於該第一訊號的一低頻反射訊號，其中該高頻反射訊號與該低頻反射訊號用以處理成影像訊號。

10:訊號探測系統

102:探測模組

104:處理模組

106:發射裝置

108:第一探測裝置

1082~1088:第一探測元件

110:第二探測裝置

1102~1108:第二探測元件

112:影像處理器

30、40:流程

302、304、306、308、310、312、314、316、402、404、406、408、410、412、414、416、418、420、422、424:步驟

ADC:類比數位轉換模組

B:船體

MUX_1~MUX_4:多工器

第1圖為本發明實施例之一訊號探測系統之示意圖。

第2圖為本發明之訊號探測系統安裝於一船體的示意圖。

第3圖為本發明實施例之一訊號處理流程之示意圖。

第4圖為本發明實施例之另一訊號處理流程之示意圖。

請參考第1圖，第1圖為本發明實施例之一訊號探測系統10之示意圖。訊號探測系統10包含一探測模組102及一處理模組104。探測模組102包含有一發射裝置106、一第一探測裝置108及一第二探測裝置110。發射裝置106用以發出一第一訊號，第一探測裝置108耦接第二探測裝置110，並且第一探測裝置108與第二探測裝置110分別接收對應於第一訊號的一高頻反射訊號與一低頻反射訊號。在一實施例中，第一訊號的頻寬係包含高頻反射訊號與低頻反射訊號的頻寬，第一探測裝置108係一相位陣列探針(Phase Array Probe)，第二探測裝置110係一彎曲線性陣列探針(Curved Linear Array Probe)，第一探測裝置108與第二探測裝置110可形成於一壓電(Piezoelectric)材料，並且第一探測裝置108與第二探測裝置110之一厚度不同。處理模組104耦接於探測模組102，用以將高頻反射訊號與低頻反射訊號處理成影像訊號。如此一來，本發明實施例的訊號探測系統10可透過第一探測裝置108與第二探測裝置110，對不同方向及不同區域進行影像探測，進而有效縮短探測時間或減少硬體。

更詳細而言，處理模組104包含複數個多工器MUX_1~MUX_4、一類比數位轉換模組ADC及一影像處理器112。多工器MUX_1~MUX_4分別耦接於第一探測裝置108及第二探測裝置110，用來接收並切換輸出第一探測裝置108 或第二探測裝置110所接收之訊號，其中多工器MUX_1~MUX_4切換接收第二探測裝置110的訊號次數多於接收第一探測裝置108的訊號次數。舉例來說，處理模組104可於不同的時間，切換多工器MUX_1~MUX_4以接收第一探測裝置108或第二探測裝置110所接收之訊號，舉例來說，處理模組104可在一第一時間將多工器MUX_1~MUX_4切換至第一探測裝置108，以接收第一探測裝置108所接收的高頻反射訊號，接著於一第二時間將多工器MUX_1~MUX_4切換至第二探測裝置110，以接收第二探測裝置108所接收的低頻反射訊號。類比數位轉換模組ADC耦接於多工器MUX_1~MUX_4，用來將多工器MUX_1~MUX_4所輸出之高頻反射訊號與低頻反射訊號轉換為一高頻反射數位訊號與一低頻反射數位訊號。影像處理器112用以將高頻反射數位訊號與低頻反射數位訊號分別處理為一第一影像與一第二影像。

根據不同的應用，本發明實施例的訊號探測系統10的探測模組102可安裝於一船體，其中第一探測裝置108可安裝於面對船體下方以接收高頻反射訊號，第二探測裝置110可安裝於面對船體前方以接收低頻反射訊號。舉例而言，請參考第2圖，第2圖為本發明之訊號探測系統10安裝於一船體B的示意圖。在一實施例中，第一探測裝置108包含複數個第一探測元件1082~1088，第二探測裝置110包含複數個第二探測元件1102~1108，其中第一探測元件1082~1088與第二探測元件1102~1108皆為連續排列，第一探測元件1082~1088為直線排列，第二探測元件1102~1108為曲線排列。在此例中，於探測模組102的發射裝置106發射第一訊號之後，第一探測裝置108可安裝於面對船體下方以接收高頻反射訊號，第二探測裝置110可安裝於面對船體前方以接收低頻反射訊號。也就是說，第一探測裝置108的第一探測元件1082~1088可用來接收經由位於一湖泊水域底部的魚群所反射的高頻反射訊號，以確定位於湖泊水域底部的魚種；而第二探測裝置110的第二探測元件1102~1108可用來接收經由位於船體前方湖泊水域的魚群所反射的低頻反射訊號，以確定魚群的位置。如此一來，本發明實施例的探測模組102便可透過第一探測元件1082~1088與第二探測元件1102~1108所接收的高頻反射訊號及低頻反射訊號轉換為高頻反射數位訊號及低頻反射數位訊號，再經由影像處理裝置112分別處理為第一影像與第二影像，以達到魚群探測的需求，上述船體B也可以是船舵的殼體或是額外設置探測模組的殼體。

值得注意的是，本發明實施例的訊號探測系統10可於同一壓電材料上，利用製程結合相位陣列探針及彎曲線性陣列探針，以同時符合不同的魚群探測需求，而不會侷限在單一方向，也不需要更換不同的探頭以達成所需要的影像探測。

由於第一探測裝置108為相位陣列探針具有大約60度的探測範圍，第二探測裝置110為彎曲線性陣列探針大約90度的探測範圍，因此，在本發明實施例的探測模組102的架構下，可另透過由一控制器(未繪示於圖)選擇切換適合的多工器。舉例來說，控制器可用來控制多工器MUX_1、MUX_2處理第二探測裝置110的第二探測元件1102~1108，或者控制多工器MUX_3、MUX_4處理第一探測裝置108的第一探測元件1082~1088。在另一例中，控制器也可控制MUX_1及MUX_4共同處理第一探測元件1082~1088與第二探測元件1102~1108，以切換第一探測裝置108及第二探測裝置110所接收的高頻反射訊號及低頻反射訊號。

另一方面，由於發射裝置106所發出的第一訊號的頻寬為包含高頻反射訊號與低頻反射訊號的頻寬，而第一探測裝置108與第二探測裝置110可接收到高頻反射訊號與低頻反射訊號。當本發明實施例的探測模組102應用於船體時，發射裝置106對湖泊水域發射第一訊號並且第一探測裝置108與第二探測裝置110接收後，影像處理器112可以不同的取樣率(sampling rate)對不同頻率或不同的湖泊水域深度的反射訊號進行取樣。更細部而言，由於發射裝置106是以較低頻的訊號對距離較遠的船體前方的湖泊水域進行影像探測，而以較高頻的訊號對距離較近的船體下方的湖泊水域進行影像探測，因此探測模組102於發射裝置106發射第一訊號後，再接收到低頻反射訊號的時間大於接收到高頻反射訊號的時間。換句話說，當探測模組102對低頻反射訊號與高頻反射訊號的取樣頻率重疊時，則選擇對低頻反射訊號進行取樣。因此，當探測模組102同時接收到高頻反射訊號與低頻反射訊號時，處理模組104控制切換多工器MUX_1~MUX_4優先切換至第二探測裝置110以接收低頻反射訊號，也就是說，多工器MUX_1~MUX_4切換接收第二探測裝置110的訊號次數多於接收第一探測裝置108的訊號次數。

上述關於訊號探測系統10之運作方式可歸納為一訊號處理流程30，如第3圖所示。訊號處理流程30的步驟包含有：

步驟302：開始。

步驟304：由發射裝置106發出第一訊號。

步驟306：由第一探測裝置108接收對應於第一訊號的高頻反射訊號。

步驟308：由第二探測裝置110接收對應於第一訊號的低頻反射訊號。

步驟310：以多工器MUX_1~MUX_4切換接收高頻反射訊號與低頻反射訊號。

步驟312：類比數位轉換模組ADC將多工器MUX_1~MUX_4所輸出之高頻反射訊號與低頻反射訊號轉換為高頻反射數位訊號與低頻反射數位訊號。

步驟314：影像處理器112將高頻反射數位訊號與低頻反射數位訊號分別處理為第一影像與第二影像。

步驟316：結束。

關於訊號處理流程30的運作流程，可參考上述訊號探測系統10之實施例，在此不再贅述。

在另一實施例中，訊號探測系統10亦可以處理模組104控制探測模組102的第一探測裝置108與第二探測裝置110的開啟或關閉，以將接收的反射訊號處理成影像訊號。此實施例可歸納為一訊號處理流程40，如第4圖所示。訊號處理流程40的步驟包含有：

步驟402：開始。

步驟404：致能第一探測裝置108。

步驟406：將多工器MUX_1~MUX_4切換至接收第一探測裝置108的訊號。

步驟408：由發射裝置106發出第一訊號。

步驟410：第一探測裝置108接收高頻反射訊號。

步驟412：致能第二探測裝置110。

步驟414：將多工器MUX_1~MUX_4切換至接收第二探測裝置110的訊號。

步驟416：由發射裝置106發出第一訊號。

步驟418：第二探測裝置110接收低頻反射訊號。

步驟420：類比數位轉換模組ADC將高頻反射訊號與低頻反射訊號分別處理為高頻反射數位訊號與低頻反射數位訊號。

步驟422：影像處理器112將高頻反射數位訊號與低頻反射數位訊號分別處理為第一影像與第二影像。

步驟424：結束。

訊號處理流程40與訊號處理流程30不同之處在於，訊號處理流程40先開啟第一探測裝置108以接收高頻反射訊號後，再開啟第二探測裝置110以接收低頻反射訊號。此外，在此實施例中，處理模組104是於接收到高頻反射訊號及低頻反射訊號後，再分別處理為第一影像與第二影像。在另一實施例中，處理模組104也可先將接收到的高頻反射訊號處理為第一影像，再將接收到的低頻反射訊號處理為第二影像，即本發明未加以限制處理高頻反射訊號或低頻反射訊號的先後順序。

上述實施例可說明本發明的訊號探測系統於不同探測需求時，可以本發明的探測模組對不同方向或不同區域進行影像探測，並且本發明也可根據不同需求將本發明的訊號探測系統應用於醫療或其他應用領域，以進行訊號探測的目的。此外，上述實施例的第一探測裝置與第二探測裝置的第一探測元件與第二探測元件的數量並不以4個為限制，其他數量的第一探測元件與第二探測元件皆適用於本發明，且不限於此。

綜上所述，本發明實施例提供一種訊號探測系統、訊號處理方法及其相關探測模組，對不同方向及不同區域進行一影像探測，並且可以利用不同時間取樣而達到縮短探測時間及減少硬體之目的。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。