一種五波束探魚儀的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種五波束探魚儀，其結構包括干端、濕端；其中，干端由一臺筆記本電腦、一個轉接盒組成，筆記本電腦顯示探測魚群等綜合信息，轉接盒為濕端提供電源，且為濕端與筆記本電腦連接提供相應接口；濕端由信號產生系統、信號發射系統、信號調理系統、信號采集與處理系統、中央邏輯單元、收發轉換開關、收發換能器陣組成，實現聲信號發射、接收、采集、處理、傳輸，將結果上傳至筆記本電腦，實時顯示并存儲結果數據。它解決了傳統探魚儀功能單一、不利于大規模漁業資源科學調查的問題，能高效率，高精度，更準確的分析魚群密度、種類和對底速度的一種五波束探魚儀，可廣泛用于大規模湖泊、海洋漁業資源科學調查。
【專利說明】一種五波束探魚儀
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是一種聞精確、綜合?目息獲取的五波束探魚儀。
【背景技術】
[0002]在漁業資源開發及調查中，為提高捕撈效率，基本所有型號漁船上都安裝了探魚儀設備。目前，在國內能夠查閱到的關于探魚儀的資料、專利以及產品，涉及的主要是圍繞傳統單波束探魚儀開展的設計與應用。
[0003]申請號為200420017289.X的專利文件中公開的便攜式超聲波探魚儀是典型的單波束探魚儀，具有很寬的探測波束，而為了實現更遠的探測距離，同時要求很高的發射功率，這存在著矛盾；由于波束角度很寬，單波束探魚儀有一個致命缺陷，不能分辨出魚群具體方位及規模；并且，單波束探魚儀設備，只能判斷一個波束內魚群狀態，也不能對魚的種類進行判斷。這三方面的限制決定了傳統單波束探魚儀己經不適合當前海洋漁業開發、海洋漁業資源調查。
[0004]隨著人口的增長和人們對陸地資源的過度開發，對海洋資源的高效獲取顯得尤其重要。我國海域遼闊，是一個漁業大國，但還不是一個漁業強國，其原因除了我國漁業資源開發不夠科學之外，最重要的原因就是我國的探魚儀設備相對國外落后。高性能的探魚儀不僅能探知是否有魚，還具有魚群的規模、密度正確判斷、識別魚的大小和種類的功能。由于進口國外高性能探魚儀的價格昂貴，種種事實表明我國漁業生產、漁業資源調查對自主知識產權的先進探魚儀設備有著的強烈需求。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供高效率，高精度，更準確的分析魚群密度、種類和對底速度的五波束探魚儀。
[0006]本發明是這樣實現的:
[0007]一種五波束探魚儀，包括干端1、濕端2，干端I由筆記本電腦11、轉接盒4組成；濕端2由信號產生系統5、信號發射系統6、信號調理系統7、信號采集與處理系統8、中央邏輯單元9、換能器陣12組成；轉接盒4為五波束探魚儀的干端1、濕端2之間的電信號連接提供接口，換能器陣12是收發合置，收發轉換開關10連接到換能器陣12前面，收發換能器陣12是由等間距多通道靈敏度不同換能器組成的線陣，通過放大、濾波、匹配后的信號進行相移處理形成換能器輻射面中心波束、與相控換陣能器輻射面法線成30°夾角的斜正交結構的4個波束，共5個波束，波束寬度4° Χ4° ;筆記本電腦11、轉接盒4、中央邏輯單元9、信號產生系統5、信號發射系統6、收發轉換開關10、收發換能器陣12依次電信號連接；收發換能器陣12、收發轉換開關10、信號調理系統7、信號采集與處理系統8、中央邏輯單元9、轉接盒4、筆記本電腦11依次電信號連接。
[0008]本發明還可以包括這樣一些結構特征:
[0009]1、加入輔助設備姿態儀31，姿態傳感器31電信號連接到轉接盒4。[0010]2、加入輔助設備定位系統GPS32，GPS定位系統32電信號連接到轉接盒4。
[0011]工作流程為:信號產生系統5按照設定的工作參數產生對應的探測信號，通過信號發射系統6以一定的功率發射出去。信號調理系統7在信號發射系統6的探測信號發射完畢、避開混響時間后開始接收，混響時間一般為探測信號脈寬的一半。同時，信號采集與處理系統8開始采集，然后將采集到的信號送至用于采集控制的第三邏輯單元82、用于魚信息解算的第一 DSP84、用于對底速度信息解算的第二 DSP85進行信息處理，解算包括魚群大小、方位、密度，魚種類、大小，載體對底速度等信息，同時采集姿態數據及GPS數據，通過網絡接口控制器93傳送至筆記本電腦11，實時顯示探測結果，同時將結果數據存入筆記本電腦11。
[0012]本發明的工作原理是:
[0013]五波束探魚儀安裝在水面漁船或海洋調查船上，換能器陣12位于水面以下。當船在作業區域內開始探測時，五波束探魚儀以主動方式工作，即向水中發射聲信號。系統上后電，根據測量水域的大致情況，通過顯控軟件設定系統的工作參數，然后啟動系統開始工作。根據系統工作狀態，信號產生系統5分別產生長脈沖CW信號，用于對底速度測量，產生短脈沖CW信號，對魚群大小及密度等進行探測，發射LFM信號對魚的大小及種類進行分辨，三種信號形式在同一個測量周期內交替產生，或者根據實際需要產生其中一種信號。信號產生系統5產生的三類信號通過信號發射系統6放大，經由換能器陣12完成電聲轉換，把聲信號發射到水中，發射出去的聲波經由魚、水底反射(散射)回來，換能器陣12把接收到的聲信號轉換為電信號，傳送給信號調理系統7，對接收到的電信號進行濾波、放大，將調理后的信號送至信號采集與處理系統8進行采集和處理，進而獲取探測范圍內的魚群大小、方位、密度，魚大小、種類，對底速度等信息，并經由網絡接口控制器93送至筆記本電腦11，同時筆記本電腦11對姿態及GPS數據進行采集，在顯控界面上實時顯示出觀測到的信息，同時將這些信息存入筆記本電腦11。
[0014]本發明解決了傳統探魚儀功能單一、效率低的問題，能夠獲得更豐富更準確的魚群、魚及對底速度等信息，豐富了探魚儀的功能，實現了多覆蓋、高效率探魚的目標?？蓮V泛用于湖泊、海洋漁業開發，大規模漁業資源科學調查等探測任務。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是五波束探魚儀的基本結構原理框圖；
[0016]圖2是五波束探魚儀連接姿態儀的基本結構原理框圖
[0017]圖3是五波束探魚儀連接導航GPS的基本結構原理框圖
[0018]圖4是五波束探魚儀連接輔助設備的基本結構原理框圖
[0019]圖5是五波束探魚儀的分系統結構框圖；
【具體實施方式】
[0020]干端I由筆記本電腦11、轉接盒4組成；筆記本電腦11上運行的實時顯控軟件用于顯示相關信息，包括魚群大小、方位、密度，魚種類、大小，載體對底速度、航跡等；轉接盒4由為濕端2供電的電源模塊41、USB串口轉換器42、與筆記本電腦11連接的網絡接口 43、USB接口 44、與濕端2連接的電纜接口 45、與輔助設備3連接的第一串口 46、第二串口 47組成；其中電源模塊41、電纜接口 45依次電信號連接，作用是為濕端2提供+48V電源；網絡接口 43、電纜接口 45依次電信號連接，作用是為筆記本電腦11、濕端2提供數據傳輸接口 ；USB串口轉換器42、USB接口 44依次電信號連接；USB串口轉換器42、第一串口 46依次電信號連接，作用是為姿態傳感器31提供控制及數據采集接口 ；USB串口轉換器42、第二串口 47依次電信號連接，作用是為GPS定位系統32提供數據采集接口。
[0021]濕端2由信號產生系統5、信號發射系統6、信號調理系統7、信號采集與處理系統
8、中央邏輯單元9、收發轉換開關10、收發換能器陣12組成。
[0022]信號產生系統5、信號發射系統6、收發轉換開關10、收發換能器陣12依次電連接；信號產生系統5由用于接收命令和產生信號的第一邏輯單元51、FLASH閃存52、第一高速存儲器53組成，完成探測信號的產生；其中FLASH閃存52、用于接收命令和產生信號的第一邏輯單元51、第一高速存儲器53依次電信號連接；信號發射系統6由依次電信號連接的功率放大器61、阻抗匹配網絡62組成，作用是對發射信號進行功率放大，同時對換能器進行阻抗匹配，已達到最大發射效率。
[0023]收發換能器陣12、收發轉換開關10、信號調理系統7、信號采集與處理系統8依次電信號連接，完成聲電轉換，并按照預定方向波束形成、采集、處理等操作；信號調理系統7由第一可控增益模塊71、第一帶通濾波模塊72、第二可控增益模塊73、第二帶通濾波模塊74、固定增益模塊75、用于控制可控增益的第二邏輯單元76組成，完成多通道數據調理；其中可控增益模塊71、帶通濾波模塊72、固定增益模塊73依次電信號連接；可控增益模塊71、用于控制可控增益的第二邏輯單元74依次電信號連接；信號采集與處理系統8由模數轉換器81、用于接收命令與數據采集的第三邏輯單元82、第二高速存儲器83、用于魚信息解算的第一 DSP84、用于對底速度信息解算的第二 DSP85組成，完成大規模數據存儲，同時對魚群大小、方位、密度，魚種類、大小，載體對底速度、水體流速信息解算；其中模數轉換器81、用于接收命令與數據采集的第三邏輯單元82、第二高速存儲器83依次電信號連接；用于魚信息解算的第一 DSP84、用于接收命令與數據采集的第三邏輯單元82、用于對底速度、水體流速信息解算的第二 DSP85依次電信號連接。
[0024]中央邏輯單元9由依次電信號連接的中央邏輯控制單元91、網絡傳輸邏輯單元92、網絡接口控制器93組成，其中中央邏輯控制單元91為整個系統提供同步邏輯，由網絡傳輸邏輯單元92控制網絡接口控制器93下傳控制命令、系統工作狀態到濕端2，上傳濕端2采集及處理后的數據至筆記本電腦11。
[0025]收發換能器陣12是由多通道等間距靈敏度不同換能器組成的線陣，形成5波束筆形發射，波束寬度為4° X 4°，其中一個波束為換能器輻射面中心波束，其余4個波束為與換能器陣輻射面軸向夾角為30°的對稱分布4波束；收發換能器陣12為收發合置，故換能器前端帶有收發轉換開關10，對信號發射系統6后端與信號調理系統7前端進行隔離。
[0026]本發明的收發換能器陣12安裝在船龍骨下方或者舷側，為了保證探測效果，安裝時，收發換能器陣12的輻射面盡量與水面平行，同時，換能器陣安裝支架的前后方向需要用鋼絲繩或者吊裝帶拉緊，以免在穿航行過程中收發換能器陣12存在劇烈的顫抖，進而影響探測效果。換能器入水前，應該用酒精擦拭收發換能器12換能器輻射面，這樣可以防止收發換能器12入水后輻射面與水之間存在氣泡，進而影響探測效果。換能器安裝吃水深度一般不應深于船龍骨的深度，以免在船靠岸時換能器輻射面接觸水底，造成換能器的損壞，同時，換能器安裝吃水深度不能過淺，以免在船航行過程中劇烈的升沉導致換能器輻射面露出水面，造成換能器損壞。收發換能器12殼體有標志換能器前波束方向的標記，安裝時需要將前波束朝向船航行的方向。
[0027]實施方式一:
[0028]筆記本電腦11上運行的實時顯控軟件通過網絡接口 43將設置的工作參數和控制命令傳送至信號產生系統5上的用于接收命令和產生信號的第一邏輯單元51和信號采集與處理系統8上的用于接收命令與數據采集的第三邏輯單元82，控制命令包括:啟動命令、停止命令，工作參數包括:發射信號形式、脈沖長度、探測功率、探測周期、TVG起始時刻、AGC碼、采樣起始時刻、采樣時間長度；中央邏輯控制單元91控制產生整個系統的同步組合邏輯，包括控制信號產生系統5的探測周期、信號采集與處理系統8的采樣同步、網絡接口控制器93的數據上傳同步。
[0029]信號產生系統5上的用于接收命令和產生信號的第一邏輯單元51接收到筆記本電腦11通過網絡接口控制器93發出的控制碼，進行解碼得到相應的控制指令，根據控制命令實時計算探測信號并存儲至第二高速存儲器83，同時接收來自中央邏輯控制單元91同步控制信號，產生對應的脈沖信號，傳送至功率放大器61對信號進行功率放大，放大后的信號進入收發換能器陣12之前經過阻抗匹網絡62，其作用是利用匹配網絡電路與換能器陣12進行很好的匹配，從而達到最佳的發射效率。
[0030]運行筆記本電腦上11實時顯控軟件，然后系統上電，信號產生系統5和信號采集與處理系統8分別裝載程序，網絡傳輸邏輯單元92控制網絡接口控制器93主動連接顯控軟件，系統連接成功后，進行參數設置。探測信號三種可選，發射聲功率連續可調。CW探測脈沖長度連續可調，LFM信號脈沖長度(1ms、2ms、4ms、8ms)四種可調。探測周期(0.5s、ls、2s,4s)四檔可調。筆記本電腦11上運行的實時顯控軟件實時顯示從數據采集與處理系統8通過網絡接口控制器93傳送來的魚群大小、方位、密度，魚種類、大小，對底速度等解算到的信息。
[0031]實施方式二:在實施方式一的基礎上，筆記本電腦11上運行的實時顯控軟件對姿態傳感器31數據進行采集。由于測量過程中載體存在橫搖、縱搖、升沉的變化，姿態數據可以對測得魚群方位進行修正，獲得高精度的魚群方位，同時對對底回波數據進行校正，獲得高精度的對底測速結果。
[0032]實施方式三:在實施方式一的基礎上，筆記本電腦11上運行的實時顯控軟件對GPS定位系統32數據進行采集。GPS定位數據可以在測量過程中為載體提供導航及測線規劃，保證全覆蓋探測，同時記錄測量區域精確位置信息。
[0033]實施方式四:在實施方式一的基礎上，筆記本電腦11上的實時監控軟件采集輔助設備3數據，包括姿態數據31、GPS32定位數據，利用GPS信息對姿態的艏向進行補償，提高姿態傳感器31艏向數據輸出的精度，進一步提高魚群探測及對底測速精度。
[0034]經過以上的操作過程，完成了高效率，高精度，更準確的分析魚群密度、種類和對底速度的一種五波束探魚儀。
【權利要求】
1.一種五波束探魚儀，包括干端(I)、濕端(2)，干端⑴由筆記本電腦(11)、轉接盒(4)組成；濕端(2)由信號產生系統(5)、信號發射系統(6)、信號調理系統(7)、信號采集與處理系統(8)、中央邏輯單元(9)、換能器陣(12)組成；轉接盒(4)為五波束探魚儀的干端(I)、濕端(2)之間的電信號連接提供接口，其特征是:換能器陣(12)是收發合置，收發轉換開關(10)連接到換能器陣(12)前面，收發換能器陣(12)是由等間距多通道靈敏度不同換能器組成的線陣，通過放大、濾波、匹配后的信號進行相移處理形成換能器輻射面中心波束、與相控換陣能器輻射面法線成30°夾角的斜正交結構的4個波束，共5個波束，波束寬度4° X4° ;筆記本電腦(11)、轉接盒(4)、中央邏輯單元(9)、信號產生系統(5)、信號發射系統(6)、收發轉換開關(10)、收 發換能器陣(12)依次電信號連接；收發換能器陣(12)、收發轉換開關(10)、信號調理系統(7)、信號采集與處理系統(8)、中央邏輯單元(9)、轉接盒(4)、筆記本電腦(11)依次電信號連接。
2.根據權利要求1所述的五波束探魚儀，其特征是:加入輔助設備姿態儀(31)，姿態傳感器(31)電信號連接到轉接盒(4)。
3.根據權利要求1或2所述的五波束探魚儀，其特征是:加入輔助設備GPS定位系統(32)，GPS定位系統(32)電信號連接到轉接盒(4)。
【文檔編號】G01S15/96GK103983977SQ201410195858
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月9日 優先權日:2014年5月9日
【發明者】李海森, 杜偉東, 周天, 陳寶偉, 朱建軍, 徐超, 魏玉闊 申請人:哈爾濱工程大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
