多頻點單換能器聲吶水深測量系統測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及水底測繪領域，具體涉及到多頻點單換能器聲吶水深測量系統及測量方法。
【背景技術】
[0002]目前的測深儀絕大部分使用的是電感電容組成震蕩電路的發射頻率，還有一部分是使用MCU模擬發射頻率，這些頻率經過功率放大以后傳輸給固定頻點的換能器，其精度和穩定度不夠精確，產品的特性也不一致。接收回波的電路則是根據發射電路的震蕩頻率而設計，電路的通帶特性為帶通濾波，通過的頻帶較窄，電路的增益調節多數是以可變增益放大器或者運放、模擬開關和電阻陣列配合組成;檢波電路則是使用二極管單邊檢波電路，檢波后的電路再由微處理器或者數模轉換器采樣量化。國內產品的多個頻點的測深儀中，絕大部分都是雙頻測深儀，產品的應用與大比例尺成圖測量時，工作效率及其低下。
【發明內容】
[0003]針對現有技術中存在的上述不足，本發明提供了多頻點單換能器聲吶水深測量系統及測量方法，極大的提高了測深儀的探測精度。
[0004]本發明的技術方案為，多頻點單換能器聲吶水深測量系統，包括聲波發射模塊、換能器和接收模塊，所述換能器分別與所述聲波發射模塊和接收模塊相連;所述聲波發射模塊包括依次相連的數字信號處理器、頻率合成器、發射驅動電路和通道切換電路，所述接收模塊包括依次相連的前級運算放大器、壓控增益放大器、雙邊檢波器和抗混疊濾波器。
[0005]上述的測量系統，其中，所述聲波發射模塊還包括升壓模塊和發射功率控制模塊，所述發射功率控制模塊分別與所述升壓模塊、數字信號處理器和通道切換電路相連。
[0006]上述的測量系統，其中，所述換能器與所述前級運算放大器之間設有低通濾波器。
[0007]上述的測量系統，其中，所述發射功率控制模塊為低壓大功率發射控制模塊。
[0008]上述的測量系統，其中，所述通道切換電路設有光耦繼電器。
[0009]上述的測量系統，其中，所述數字信號處理器連接有一上位機。
[0010]本發明的另一面，多頻點單換能器聲吶水深測量方法，包括以下步驟:
[0011 ]接收指令并進行頻率的合成；
[0012]將電壓進行轉換并將電能儲存在電容中；
[0013]換能器接收合成的頻率信息和電容中的電能并將電能轉換為聲波向水里發射出去;
[0014]換能器接收水底返回的回波信號并將不必要的頻率濾除，篩選出可用信號；
[0015]通過接收模塊對所述可用信號進行采集并處理；
[0016]將處理后的信號發送到數字信號處理器并完成水深的測量。
[0017]上述的測量方法，其中，所述接收指令并進行頻率的合成的步驟包括:
[0018]通過頻率合成器接收數字信號處理器的指令并進行頻率的合成；
[0019]將合成的頻率傳遞到發射驅動電路并驅動通道切換電路工作。
[0020]上述的測量方法，其中，所述換能器接收水底返回的回波信號并將不必要的頻率濾除，篩選出可用信號的步驟中，通過低通濾波器將不必要的頻率濾除并將剩下的信號傳給前級運算放大器進行初步放大。
[0021]上述的測量方法，其中，所述通過接收模塊對所述可用信號進行采集并處理的步驟中:通過數字信號處理器和壓控增益放大器對可用信號進行采集并處理。
[0022]本發明提供的多頻點單換能器聲吶水深測量系統，包括聲波發射模塊、換能器和接收模塊，所述換能器分別與所述聲波發射模塊和接收模塊相連;所述聲波發射模塊包括依次相連的數字信號處理器、頻率合成器、發射驅動電路和通道切換電路，所述接收模塊包括依次相連的前級運算放大器、壓控增益放大器、雙邊檢波器和抗混疊濾波器，本發明提供的系統對頻率產生的回波接收靈敏度高，而且有很強的信號處理能力，從而極大的提高了測深儀的探測深度及精度。
【附圖說明】
[0023]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明及其特征、夕卜形和優點將會變得更明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。
[0024]圖1為本發明提供的多頻點單換能器聲吶水深測量系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]在下文的描述中，給出了大量具體的細節以便提供對本發明更為徹底的理解。然而，對于本領域技術人員而言顯而易見的是，本發明可以無需一個或多個這些細節而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發明發生混淆，對于本領域公知的一些技術特征未進行描述。
[0026]為了徹底理解本發明，將在下列的描述中提出詳細的步驟以及詳細的結構，以便闡釋本發明的技術方案。本發明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發明還可以具有其他實施方式。
[0027]參照圖1所示，本發明提供了多頻點單換能器聲吶水深測量系統，包括聲波發射模塊、換能器I和接收模塊，換能器I分別與聲波發射模塊和接收模塊相連;聲波發射模塊包括依次相連的數字信號處理器2、頻率合成器3、發射驅動電路4和通道切換電路5，接收模塊包括依次相連的前級運算放大器6、壓控增益放大器7、雙邊檢波器8和抗混疊濾波器9，本發明中數字信號處理器(DSP)2在發射工作模式時，向頻率合成器(CPLD)3發出開始工作的指令，CPLD收到開始工作指令后開始進行頻率合成工作，CPLD合成多個頻點頻率傳給發射驅動電路4，發射驅動電路4增加了多個頻點的驅動能力并且驅動通道切換電路5工作，合成的頻率范圍為20KHz?200KHz，通道切換電路5采用了光耦繼電器，換能器I通過發射模塊接收到的頻率信息和電能后，將電能轉換為聲波向水里發射出去，其中，聲波頻率就是CPLD合成的頻率，聲波的發射的功率是跟水深有關，測試水域深度越深發射功率越大。
[0028]在本發明中，換能器I發聲波后，開始接收水底返回的回波信號，此時系統為接收狀態。通過換能器I傳回來的信號低頻頻率成分豐富，通過低通濾波器10將不必要的頻率濾除，剩下的信號傳給前級運算放大器6進行初步放大。得到的信號經過壓控增益，壓控增益放大器7跟數字信號處理器2將回波進行放大。水深測量中深度大的回波信號較弱，需要的放大量也不同，而且深度大的回波到接收機端的信號時間也較長，所以使用數字信號處理器(DSP)2和壓控增益放大器7組成了一個時間增益控制模塊，提高了接收靈敏度。包含水深度的信息的信號是雙邊信號，雙邊檢波器將頻率信息給變成單邊信號，經過抗混跌濾波器9后給數字信號處理器2采集量化，然后數字信號處理器2將采集到的深度數據進行處理后得出測試點的水深。換能器I發射一個頻點的同時也能接收另一個頻點的回波，這樣系統完成了多個頻點的發射和接收后就能探測到一條線的水深數據，從而極大的提高了測深儀的探測深度及精度。
[0029]在本發明一優選但非限制的實施例中，聲波發射模塊還包括升壓模塊11和發射功率控制模塊12，發射功率控制模塊12分別與升壓模塊11、數字信號處理器2和通道切換電路5相連發射功率控制模塊12中采用了低壓大功率發射技術，先將低電壓通過自舉升壓電路，將12V電壓提高到幾個特定的電壓如24V、36V和48V等，再通過升壓變壓器將電壓這些電壓再次升高，然后存