[发明专利]一种基于低频连续声波峰值捕获的高精度远距离水声测距方法

摘要

本发明公开了一种基于低频连续声波峰值捕获的高精度远距离水声测距方法。该方法通过磁致伸缩换能器中的磁致伸缩棒自身在磁场作用下振动的特点，发出声波a₀，并通过水听器接收所述声波a₀和由所述目标物反射的回波a₁，使用水听器对该声波a₀和回波a₁进行声电转换后，进行滤波处理，得到采样电信号s，进而根据所述声波a₀和回波a₁的时间差关系，使用所述峰值时间t_i求出所述目标物的距离d，实现在仅对声音转换的电信号进行简单滤波的条件下，通过捕获电信号峰值的方式完成对目标物的测距，且提高了精度。

主权项

1.一种基于低频连续声波峰值捕获的高精度远距离水声测距方法，应用于换能器水声测距平台，其特征在于，所述换能器水声测距平台主要包括：功率放大器、阻抗匹配电路、磁致伸缩换能器、水听器、目标物、DSP&FPGA控制板和液晶触摸显示屏；所述功率放大器和所述阻抗匹配电路作为所述磁致伸缩换能器的输入前端，以实现输入所述磁致伸缩换能器的电流为特定频率；所述DSP&FPGA控制板和液晶触摸屏用于实现可视化操作，所述可视化操作用于一键控制所述功率放大器输出波形、对所述输出波形进行采样处理后输入所述磁致伸缩换能器、采样所述水听器发送的电信号数据、计算得到所述目标物的距离；所述方法包括：所述功率放大器接收发波指令；所述功率放大器根据所述发波指令，控制所述磁致伸缩换能器发出声波a₀，所述声波a₀包括预设数量个周期的正弦波，所述预设数量用n表示；所述水听器接收所述声波a₀和由所述目标物反射的回波a₁；所述水听器将所述声波a₀和回波a₁，分别转换为发射波电信息u₀和回波电信号u₁；分别对所述发射波电信号u₀和回波电信号u₁进行滤波处理，得到预设的频率信号，所述频率信号与所述发射波电信号u₀或回波电信号u₁对应；使用调理电路和采样电路对所述频率信号进行处理，得到采样电信号s；从所述采样电信息号s中确定2n个峰值所对应的峰值时间t_i，其中，i＝1，2，……，2n，包括：将所述采样电信号s以m个为一组依次存放在电信号数组U[]中；利用DSP&FPGA控制板中的DSP自带的定时器记录每个采样电信号s对应的时间τ，并将所述时间τ存放在时间数组T[]中；对所述电信号数组U[]中每一组的采样电信号s进行比较，当中间的数值U[(mi‑1)/2]大于其余所有数值时，记录下所述中间的数值U[(mi‑1)/2]所对应的时间t_i＝T[(mi‑1)/2]，直到i＝2n为止；根据所述声波a₀和回波a₁的时间差关系，使用所述峰值时间t_i求出所述目标物的距离d，其公式表示为：其中，d为与目标物的距离，c为环境下的声音在水中的传播速度，t₁‑t_n为所述声波a₀所对应的采样电信息号s的峰值时间，t_n+1‑t_2n为所述回波a₁所对应的采样电信息号s的峰值时间。