一種生物聲納探測裝置及其探測方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種生物聲納探測裝置及其探測方法，由生物聲納探測裝置發射仿生聲納信號探測目標，基于特定的投影機理對回波信號進行處理，保留回波的時域和頻域投影特征，得到的雙通道音頻回波信號直接輸出給人耳，再借助人腦模仿動物智能，實現對復雜目標的定位、特征捕捉和識別等功能，可以幫助盲人(或特定使用環境下的正常人)感知環境和目標。該裝置包括聲納信號發射模塊[A]，回波接收模塊[B]，微型計算機模塊，雙通道音頻輸出模塊[C]。由聲納信號發射模塊[A]向環境或目標發射聲納探測信號，回波接收模塊[B]接收回波信號，微型計算機模塊將回波信號處理得到音頻回波信號，再通過雙通道音頻輸出模塊[C]輸入到人耳判別。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于新型傳感
，特別是。
技術介紹
生物聲納技術工作是研究具有自然生物聲納的生物(如蝙蝠、海豚等)的聲納系 統，通過一些電子技術手段模仿自然聲納的嘴巴和耳朵發射超聲波脈沖和接收回波，采集 到不同環境的回波波形，然后對回波進行分析研究，在一定程度上能夠實現自然聲納的諸 如識別、定位、追蹤功能?，F有應用于生物聲納研究工作的生物聲納裝置主要包括依托于電 腦和高性能數據采集終端的生物聲納系統以及基于差頻原理的導盲儀。依托于電腦和高性能數據采集終端的生物聲納系統，因數據采集終端可以提供很 高的采樣頻率和采樣精度，采集到的回波信號附帶更多目標的細節信息，同時電腦也具有 很強的信號分析處理能力，然而限于人工智能技術的限制，目前電腦和簡單算法的工程處 理方法的效能尚不及蝙蝠和海豚的動物大腦的識別效能，而且因其體積、重量較大，不便用 于室外環境下的目標探測?；诓铑l原理的導盲儀(市場上現有的凱氏導盲儀)，是CTFM (Continues Transmitted Frequency Modulated，連續發射調頻波)模型在超聲波探測中的一種應用。 其工作原理如下CTFM模型是一種線性掃頻波，它具有較寬的頻帶，其范圍從&至&。當接 收端接收到回波信號后，回波信號會與發射信號在某一時段相混疊。因為回波信號與反射 信號具有相同的波形模式，只是在時間上有一個長度為τ的延遲，所以回波信號與發射信 號相乘得到的輸出信號在每一時刻都有相同的頻率fa，等于差頻fh-f\。通過fa便能夠得 到發射物與發射端之間的距離大小。通過耳朵分辨差頻信號的頻率高低可以判斷有無障礙 物和障礙物距離，可以實現一定程度的導盲功能及目標探測功能。不過，相較于蝙蝠或海豚 的聲納回波信號，差頻信號所攜帶的目標特征信息少且不具有自然感知的直觀信息，限制 了對環境目標的識別能力。
技術實現思路
本專利技術所解決的技術問題在于提供一種便攜的生物聲納探測裝置及其探測方法。實現本專利技術目的的技術解決方案為一種生物聲納探測裝置，包括聲納信號發射 模塊、回波接收模塊，微型計算機模塊，雙通道音頻輸出模塊；聲納信號發射模塊發射聲納 信號，回波接收模塊接收反射回來的回波信號并將其傳輸給微型計算機模塊，微型計算機 模塊對信號進行處理后通過雙通道音頻輸出模塊輸出；所述聲納信號發射模塊包括聲納信號發生單元、發射端信號調理單元和發生端超 聲波換能器，聲納信號發生單元產生聲納信號，發射端信號調理單元將聲納信號發生單元 輸出的聲納信號放大、低通濾波后通過發射端超聲換能器向環境或目標發射；所述回波接收模塊為雙通道結構，該模塊包括兩個相同的接收端超聲換能器，兩 個相同的接收端信號調理單元以及一個回波信號采集單元，每個接收端超聲換能器對應一個接收端信號調理單元，接收端超聲換能器接收環境中反射回來的回波信號并將其傳輸給 與其對應的接收端信號調理單元，接收端信號調理單元對回波信號進行放大、濾波；回波信 號采集單元同時采集經過信號調理的兩路回波信號，并輸出給微型計算機模塊；雙通道音頻輸出模塊包括音頻數模轉換單元、音頻信號調理驅動單元和雙聲道播 放器，音頻數模轉換單元將微型計算機模塊處理得到兩路數字音頻回波信號轉換為模擬信 號輸出給音頻信號調理驅動單元，音頻信號調理驅動單元將兩路音頻回波信號放大并驅動 雙聲道播放器輸出。一種生物聲納探測方法，包括以下步驟步驟1、聲納信號發射模塊向外界發射聲納信號；步驟2、回波接收模塊接收環境中反射回來的回波信號并將其傳輸給微型計算機， 所述回波接收模塊為雙通道模塊，可以分別接收同一反射目標反射回來的回波信號；步驟3、微型計算機將接收到的信號進行在時域上的線性比例投影處理，保留回波 波紋的幅值和頻譜比例特征，得到具有直觀意義的兩路音頻回波信號；步驟4、雙通道音頻輸出模塊將兩路音頻回波信號輸出給人耳。本專利技術的工作原理為發射聲納信號探測目標，對回波信號進行處理得到音頻回 波信號并通過雙聲道播放器輸出給人耳，借助人腦實現對目標的定位、識別等功能，可以幫 助盲人或特定使用環境下的正常人感知環境和目標。本專利技術與現有技術相比，其顯著優點為1)發射聲納信號為仿生自然聲納信號， 回波攜帶更多目標特征，可以得到很高的目標識別與區分能力；幻本專利技術的裝置模仿蝙蝠 的大腦在其自然生物聲納系統中的作用，利用人腦作為生物聲納系統中的智能環節，彌補 了基于計算機智能環節算法不完善問題；3)采用微型計算機作為控制核心，可實現回波信 號的存儲、回放，利于人耳辨別目標特征，且可與上位機通信將回波信號傳輸給上位機(如 PC機)做進一步信號分析處理，以及構建專家庫，此外也便于本探測裝置的功能擴展；4)本 專利技術基于投影機理得到的音頻回波信號，充分保留了回波信號所攜帶的目標特征信息；5) 采用雙通道同時接收回波信號并按幅值和頻譜比例轉換為音頻回波信號分別輸入人的左 右耳，保留了自然聲納雙耳差辨特征。下面結合附圖對本專利技術作進一步詳細描述。附圖說明圖1為本專利技術的一種生物聲納探測裝置工作原理圖。圖2為本專利技術的一種生物聲納探測裝置結構框圖。圖3為本專利技術的一種生物聲納探測裝置實施例結構框圖。圖4為仿生調頻調幅波。圖5為仿生調頻恒幅波。圖6為仿生恒頻恒幅波。具體實施例方式結合圖1、圖2，本專利技術涉及一種模仿蝙蝠和海豚的生物聲納嘴巴與雙耳工作原理 的新型生物聲納探測裝置及其探測方法，是一種適用于空氣和水下目標特征識別的裝置及其探測方法，所述生物聲納探測裝置，包括聲納信號發射模塊A、回波接收模塊B，微型計算 機模塊，雙通道音頻輸出模塊C ；聲納信號發射模塊A發射聲納信號，回波接收模塊B接收 反射回來的回波信號并將其傳輸給微型計算機模塊，微型計算機模塊對信號進行處理后通 過雙通道音頻輸出模塊C輸出；所述聲納信號發射模塊A包括聲納信號發生單元、發射端信號調理單元和發生端 超聲波換能器，聲納信號發生單元產生聲納信號，并由發射端信號調理單元將聲納信號發 生單元輸出的聲納信號放大、低通濾波后通過發射端超聲換能器向環境或目標發射；所述回波接收模塊B為雙通道結構，該模塊包括兩個相同的接收端超聲換能器， 兩個相同的接收端信號調理單元以及一個回波信號采集單元，每個接收端超聲換能器對應 一個接收端信號調理單元，接收端超聲換能器接收環境中反射回來的回波信號并將其傳輸 給與其對應的接收端信號調理單元，接收端信號調理單元對回波信號進行放大、濾波；回波 信號采集單元同時采集經過信號調理的兩路回波信號，并輸出給微型計算機模塊；雙通道音頻輸出模塊C包括音頻數模轉換單元、音頻信號調理驅動單元和雙聲道 播放器，音頻數模轉換單元將微型計算機模塊處理得到兩路數字音頻回波信號轉換為模擬 信號輸出給音頻信號調理驅動單元，音頻信號調理驅動單元將兩路音頻回波信號放大并驅 動雙聲道播放器輸出。基于微型計算機(單片機、單板機、DSP、ARM、或者其它的體積小，重量輕的微型計 算機)構建微型計算機模塊，其可實現功能1)控制聲納信號發生單元和音頻數模轉換單元；2)不同聲納信號波形的存儲，回波信號的處理、輸出、存儲及回放；3)專家庫，所述專家庫存儲部分環境目標及其對應回波信號，可將回波接收模塊 接收到的回波信號與專家庫中存儲的回波信號對比，生物聲納探測裝置本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種生物聲納探測裝置，其特征在于，包括聲納信號發射模塊［Ａ］、回波接收模塊［Ｂ］，微型計算機模塊，雙通道音頻輸出模塊［Ｃ］；聲納信號發射模塊［Ａ］發射聲納信號，回波接收模塊［Ｂ］接收反射回來的回波信號并將其傳輸給微型計算機模塊，微型計算機模塊對信號進行處理后通過雙通道音頻輸出模塊［Ｃ］輸出；所述聲納信號發射模塊［Ａ］包括聲納信號發生單元、發射端信號調理單元和發生端超聲波換能器，聲納信號發生單元產生聲納信號，發射端信號調理單元將聲納信號發生單元輸出的聲納信號放大、低通濾波后通過發射端超聲換能器向環境或目標發射；所述回波接收模塊［Ｂ］為雙通道結構，該模塊包括兩個相同的接收端超聲換能器、兩個相同的接收端信號調理單元以及一個回波信號采集單元，每個接收端超聲換能器對應一個接收端信號調理單元，接收端超聲換能器接收環境中反射回來的回波信號并將其傳輸給與其對應的接收端信號調理單元，接收端信號調理單元對回波信號進行放大、濾波；回波信號采集單元同時采集經過信號調理的兩路回波信號，并輸出給微型計算機模塊；雙通道音頻輸出模塊［Ｃ］包括音頻數模轉換單元、音頻信號調理驅動單元和雙聲道播放器，音頻數模轉換單元將微型計算機模塊處理得到兩路數字音頻回波信號轉換為模擬信號輸出給音頻信號調理驅動單元，音頻信號調理驅動單元將兩路音頻回波信號放大并驅動雙聲道播放器輸出。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王茂森，陳明霞，章鵬，王猛，楊華，
申請(專利權)人：王茂森，南京理工大學，
類型：發明
國別省市：84