运转型波体层超声波水体细微化勘验

　　在一定测量环境下，通过测量水的温度θ，盐度S和深度Z可以求出相应的超声波传播速度，对于深度变化不大的近程测量，可以用平均深度来代替。测量距离的关键是准确获得超声波渡越时间t.

　　信号处理系统发射信号处理该系统选用收发一体式超声波换能器，谐振频率为500kHz，3dB波束角为3，直径为140mm.发射由正弦波振荡电路、功率放大电路和阻抗匹配电路组成。振荡电路产生500kHz连续正弦信号，通过单片机输出脉冲宽度为8μs的方波信号进行控制，控制信号高电平时，连续正弦信号通过电子开关，再经功率放大后加载到超声探头，控制信号为低电平时，正弦信号被截止。为了发射功率能大效率地通过换能器输出，需要根据换能器的电参数进行阻抗匹配，本系统通过串联电感来保证系统在500kHz频率上谐振。

　　回波信号放大及噪声抑制由于在探测过程中，受到环境噪声、机器噪声等背景噪声和系统自噪声的干扰，并且回波信号是mV级的微弱信号，在此设计了放大滤波电路，前置放大器选用精密运算放大器OP37，为了与换能器功率进行匹配，其放大器输入阻抗与换能器的输出阻抗数值相近。

　　混响及其抑制混响干扰有不同于噪声干扰的许多特征，在近距离探测中，混响是主要背景干扰。混响是由于水中介质及界面等非目标物对发射信号反向散射波在接收点叠加而成，本身就是一种回波。混响包含的信号频率与发射信号频率相近，不能通过一般滤波电路或滤波算法消除。影响混响强度的因素很多，且错综复杂，很难准确预报。体积混响强度弱，但衰减速度慢，其强度与发射信号结束后的时间的平方成反比；底面混响强度强，但衰减快，与时间的4次方或5次方成反比衰减。因此，可以根据时间变化控制接收放大电路的增益，实现对混响信号幅度的抑制，同时，可以补偿超声波传播过程中的损失。在超声波微地形测量中，当发射换能器刚发出声脉冲后的一段时间里，混响很强，而真正回波还没有回来，此时，设置时间增益控制电路（TGC）的增益为小，此后，根据混响衰减变化规律逐渐增加增益，直到大。

　　本系统设计了通过软、硬件结合实现增益控制的AGC电路，它是由可编程放大器AD620AN、数字电位器MAX5400及电阻网络组成硬件电路，结合单片机软件实现增益随时间按指数规律变化。

　　结论根据超声波发射波与回波信号的相似性，利用互相关运算可以在信噪比很小的情况下准确确定回波到达时间，从而在复杂环境下实现超声波测距。以超声波测距为基础进行水下微地形的高程数据测量，其回波信号受到较强的噪声和混响的干扰。对采样信号进行分析发现，经过时间增益控制和滤波处理后的信号虽然仍含有混响信号，但其幅值比真实回波信号幅值小得多，与发射信号进行互相关运算不影响测量结果。