[发明专利]一种用于深海采矿混响环境下的超声微地形探测系统

说明书

本发明公开了一种用于深海采矿混响环境下的超声微地形探测系统，包括任意波形发生模块、收发一体式超声探头、信号发射接收转换电路、信号预处理模块、数据采集卡、工控机。任意波形发生模块包括任意波形输出板卡及功率放大器，任意波形输出板卡的输出波形参数由工控机设置；信号预处理模块包括时间增益补偿电路、增益控制电路、放大及滤波电路。本系统可根据不同混响环境，实现发射波的实时计算，达到不同混响环境下的自适应波形发射要求，且波形更换简单便捷；信号发射接收转换电路能够将激励电压较高的发射电路与电压较低的回波信号接收电路进行隔离；信号预处理模块能有效的抑制混响的干扰，本发明能够满足水下混响环境的超声探测要求。

技术领域

本发明属于水下声呐探测技术领域，涉及一种深海采矿混响环境下的超声微地形探测系统，尤其是一种针对不同混响环境中自适应波形发射的超声微地形探测系统。

背景技术

在陆地矿产资源日益枯竭的今天，各国均开始将目光转移到矿产资源极其丰富的海洋。然而矿物表面起伏不平，在各种开采方案中，为有效控制非矿物的混入率及提高采矿效率，需要对采矿车前方待开采区进行微地形探测。

声波在水下衰减量相对较小，且探测系统简单，适用性强，现已成为公认的水下目标探测和识别的有效方法。在实际采矿作业中，采矿装置会造成采矿区海水不规则流动，采掘头激起泥沙等沉积物悬浮于海水中，将会对超声探测系统造成强混响干扰，降低超声探测性能和回波信号信混比，影响微地形探测。为有效地检测目标回波，需研究不同混响环境的波形自适应发射系统及接收电路的混响抑制方法。为此，有必要提供一种自适应波形发射的超声探测系统，且该系统在水下不同混响环境能有效检测到目标回波。

目前，国内对混响环境下的声呐探测系统已有所研究，现有探测系统中大多只能发射单一波形，针对不同混响环境，更换发射波不具有便捷性，超声发射电路复杂，且未对探测电路混响抑制方法做详细说明。专利ZL201410126287.2公开了一种模拟深海采矿混响环境超声微地形探测装置及方法，该装置能在模拟复杂海底颠簸工况的同时，对水下微地形进行探测。该专利发明内容主要集中在机械结构的设计，对信号发射与接收部分未做详细描述，且未考虑不同波形对探测结果的影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种深海采矿混响环境下的超声微地形探测系统，该系统可有效抑制混响干扰，并实现自适应波形发射的功能需求。相比现有技术，该系统波形更换简单、便捷，能有效检测目标回波。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种深海采矿混响环境下的超声微地形探测系统，包括任意波形发生模块、收发一体式超声探头、信号发射接收转换电路、信号预处理模块、数据采集卡、工控机；其中，任意波形发生模块、收发一体式超声探头、信号发射接收转换电路、信号预处理模块，数据采集卡、工控机依次电连接；所述任意波形发生模块，包括任意波形输出板卡及功率放大器，所述任意波形输出板卡用于产生用户所需的任意波形，所述功率放大器用于将所述任意波形输出板卡产生的任意波形进行功率放大并输出至所述收发一体式超声探头，用于驱动所述收发一体式超声探头；所述收发一体式超声探头进行超声探测波的发射与接收；所述信号发射接收转换电路用于接收所述收发一体式超声探头的回波信息，并将所接收的回波信息输送至信号预处理模块；所述信号预处理模块用于抑制发射信号结束后一段时间内接收信号中的混响干扰，并进行接收信号的放大及滤波；所述数据采集卡由任意波形输出板卡触发，将模拟信号转换成数字信号，送到工控机中进行分析，处理；所述工控机用于显示、保存采集到的信号，通过信号处理算法，根据所接收混响信号计算当前环境下的发射波形，并控制任意波形输出板卡的发射波参数，实现不同混响环境下发射波形的实时计算与探测。

所述任意波形发生模块的任意波形输出板卡具有多路信号输出通道，发射任意波形的同时可触发信息采集卡，其发射波形可以是用于混响环境探测的单频脉冲信号、线性调频信号、正弦调频信号以及它们的各种组合形式，也可以是通过输入函数产生的波形。