[发明专利]一种基于相控参量阵的次声波定向发射系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于相控参量阵的次声波定向发射系统及方法，系统包括依次连接的矩阵键盘、信号产生模块、信号调制模块、延时模块、数模转换模块、功率放大模块和超声波换能器阵列；信号产生模块用于根据矩阵键盘的控制信号输出待调制的信号以及高频载波；信号调制模块用于根据待调制的信号以及高频载波实现带载波单边带调制，得到多路单边带调制信号；延时模块用于根据所述多路单边带调制信号的偏转角度的大小分别对各路处理信号进行延时，生成多路调制信号；超声波换能器阵列用于根据所有放大后的调制信号发射超声波。本发明将相控阵和参量阵结合成相控参量阵来产生次声波，能够用小体积的设备产生高指向性的次声波，并实现声波的偏转。

技术领域

本发明属于次声波技术领域，涉及一种基于相控参量阵的次声波定向发射系统及方法。

背景技术

次声波是一种频率在20Hz以下的低频声波。通常在地震、海啸、火山爆发和火箭发射等情况下都会产生次声波。由于它的低频特性使其在生物驱散、管道检测、次声武器以及医疗等方面都具有广阔的应用前景。同时对次声波的检测能够对有些灾害进行预警。

目前次声波的产生方式主要有气爆式、爆弹式、扬声器式和频率差拍式。但现有的这些方法无法得到高指向性的次声波，以及实现声波的偏转。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于相控参量阵的次声波定向发射系统及方法，本发明将相控阵和参量阵结合成相控参量阵来产生次声波，能够用小体积的设备产生高指向性的次声波，并实现声波的偏转。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于相控参量阵的次声波定向发射系统，包括依次连接的矩阵键盘、信号产生模块、信号调制模块、延时模块、数模转换模块、功率放大模块和超声波换能器阵列；

所述信号产生模块用于根据矩阵键盘的控制信号输出待调制的信号以及高频载波；

所述信号调制模块用于根据待调制的信号以及高频载波实现带载波单边带调制，得到单边带调制信号；

所述延时模块用于根据所述单边带调制信号的偏转角度的大小分别对各路处理信号进行延时，生成多路调制信号；

数模转换模块和功率放大模块分别用于对各路调制信号进行数模转换和放大；

超声波换能器阵列用于根据所有放大后的调制信号发射超声波。

优选的，信号产生模块输出的待调制的信号为正弦信号和余弦信号，输出的高频载波为21kHz～40kHz的正弦载波信号和余弦载波信号。

优选的，信号调制模块根据待调制的信号以及高频载波实现带载波单边带调制，得到单边带调制信号的过程包括：

根据带载波单边带调制方法将待调制的正弦信号和余弦信号分别与余弦载波信号和正弦载波信号相乘，再将余弦载波信号和两个乘法器的积相加，得到上边带信号；最后再根据偏转角度分别得出各路信号的延时，之后根据延时将各路调制信号输出。

优选的，所述超声波换能器阵列以八角平面阵的形式排列，每个超声波换能器连接一路调制信号。

优选的，所述超声波换能器阵列包括24个超声波换能器，24个超声波换能器以一个四行三列和一个三行四列的平面阵复合成八角平面阵。

优选的，本发明基于相控参量阵的次声波定向发射系统还包括显示模块，显示模块与信号产生模块连接并用于显示信号产生模块输出的待调制信号的频率。

本发明还提供了一种次声波定向发射方法，包括如下过程：

产生控制信号；

根据控制信号得到待调制的信号以及高频载波；