[发明专利]一种基于全频谱换能器自然加权的距离向计算方法

权利要求书

1.一种基于全频谱换能器加权的距离向计算方法，基于在中心频率f₀附近具有较高灵敏度的接收换能器实现，其特征在于，所述方法包括：

步骤1)将接收换能器的灵敏度曲线作为权重系数，对发射信号在所有频点进行换能器自然加权处理，获得接收信号的匹配模板；

步骤2)基于接收信号的匹配模板对接收信号进行匹配相关处理，获得距离向数据；

所述步骤1)具体包括：

步骤1-1)在接收换能器的全频带范围内，选取工作带宽B0；

步骤1-2)基于工作带宽B0将发射信号表示为：

x_T(t)＝Acos(2π(f₀-B₀/2)t+Kπt²)

其中，x_T(t)为发射信号，t为时刻值，K为调频率，A为发射信号的幅度值；

步骤1-3)构造换能器的灵敏度曲线F(f)；

步骤1-4)将灵敏度曲线F(f)作为权重系数与发射信号做点乘运算进行自然加权，获得接收信号的匹配模板：

x_tep(t)＝x_T(t).*F(f)

其中，x_tep(t)为接收信号的匹配模板，.*为点乘运算。

2.根据权利要求1所述的基于全频谱换能器加权的距离向计算方法，其特征在于，所述步骤1-3)具体包括：

步骤1-3-1)计算接收信号的发射头的采样点P＝[Tp*f_s]，其中，P＝[·]表示向下取整运算；T_p为发射信号的时间宽度，f_s为接收信号的采样率；

步骤1-3-2)对频率曲线单位dB转化为数值之后由F(f)表示频率响应曲线幅值，并进行线性插值处理进行频率曲线平滑，获得P个点的频率响应曲线；

在f_i和f_i+1之间插值，表示为：

其中，接收换能器工作的频率范围内起始频率为f₁，终止频率为f_P，F(f_i0)为频率f_i0对应的频率幅值，F(f_i)为频率f_i对应的频率幅值，F(f_i+1)为频率f_i+1对应的频率幅值，经过线性插值处理获得P个采样点的频率响应曲线为F(f)。

3.根据权利要求1所述的基于全频谱换能器加权的距离向计算方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：

步骤2-1)接收换能器的第m个接收阵元接收的经过目标散射的回波信号表示为：

x_rm(t)＝δx_T(t-τ_rm)+n(t)

其中，m＝1,2,…,M，M为阵元个数；δ为目标散射强度，τ_rm为目标散射时延，n(t)为加性噪声；

步骤2-2)回波信号与匹配模板进行相关处理后，第m个接收阵元的处理结果表示为：

y_m(t)＝x_rm(t)*x_tep(t)

其中，y_m(t)为第m个阵元匹配相关处理之后得到的信号，*为卷积运算；

步骤2-3)利用数据y_m(t)的时间信息t，根据距离与时间的关系r＝ct/2，c为声波传播速度，将时间信息转换为距离向信息数据。