基于LABVIEW与MATLAB的迭代时间反转信号控制的研究.pdfVIP

研究 3孙炳文2 3 方有利12 3郭圣明2 1中国科学院大学2声学研究所3中国科学院水声环境特性重点实验室 摘要：将时间反转聚焦技术应用于海底掩埋目标的探测识别，利用时间反转迭代 的方法使回波信号逐渐收敛于目标的一个窄带共振模式，可快速、简捷、高效地 能DAQ模块进行探测信号的发射和回波信号的采集，通过MATLAB强大的计算功能 进行时间反转迭代算法的实现。水池实验表明，此方法可达到时间反转信号自动 控制的目标。 MATLAB 关键词：时间反转回波信号LABVIEW O引言 水下掩埋目标的探测和识别是近年来研究的热点，尤其是在海军国防领域， 对海底掩埋水雷的探测识别有着重要的意义。传统的探测识别方法如激光探测， 在水下衰减严重，无法达到要求，一般采用的是声学探测。但是，声学信号在海 水中的传播会受到多种因素的影响，海水介质特性，多途效应，海洋环境噪声以 及混响等等，这些因素使得探测的效率和正确率不够理想。为了解决这个问题， 从光学发展而来的时间反转聚焦技术被应用到声学上来，通过时间反转迭代，使 目标散射的回波信号逐渐收敛于一个窄带共振模式，大大提高了对海底掩埋目标 探测和识别的效率。随着研究的深入，时间反转聚焦技术的理论日趋成熟，在时 间反转信号的控制方面也突现许多新的方法。本文在已有的时间反转迭代理论基 MATLAB，展开了对时间反转信号的控制研究并进行相关的试验。 1软件基础 l、1LABVIEW VirtualInstrument Workbench)是由NI公 LABVIEW(LaboratoryEnginering 司研发的一款虚拟仪器，主要用于仪器控制、数据采集、数据分析等领域，在本 的发射与接收采集。 一个LABVIEW程序一般包含三个部分：前面板、框图程序、图标／接线端口。 前面板是LABVIEW程序的交互式图形化用户界面，用于设置用户输入(即控制 量)和显示程序输出(即指示量)，仿真真实仪器的前面板；框图程序是利用图形 语言对前面板上的控制量和指示量进行控制；图标／接线端口用于把LABVIEW程 序定义成一个子程序，以便于在其他程序中加以调用。 ．．664．． l、2MAILAB MATLAB是MathWorks公司开发的一款“演算纸”式的程序设计语言。它 提供强大的矩阵运算和图形处理功能，编程效率高，几乎在所有的工程计算领域 都提供了高效、准确的工具箱。但是，MATLAB也有一些不足之处，如界面开发 能力较差，输入输出、网络通信和硬件控制等方面比较繁琐，这些不足限制了 MATLAB在一些实际应用中发挥更大的作用。 界面开发能力和MATLAB强大的计算功能。LABVIEW图形编程实现信号的发射 script 节点进行通讯。 2．设计思路 基本流程如图l所示：收发合置换能器S发射一个初始探测信号(第1步)， 采集记录下从目标T(及海底)反射的回波信号(第2步)，对该回波信号进行“时 间反转”处理后再次作为探测信号发射出去(第3步)，重复第2步和第3步。经 过若干次后，通过分析收到目标回波信号进行掩埋目标的探测判断。 ．．i：i s，．。．，。。。一一一。÷、、．。i雌．。：iijii． 1⑨～一 、—／ v{日‘HEjCl 毒嘲赚毒瓣 彰 彰 图1单发单收时间反转聚焦掩埋目标探测流程 信号波形以二进制文件的形式进行存储，LABVIEW的二进制文件读取写入 节点可以很方便地实现这一功能。 3．时间反转聚焦探测控制系统的软件流程 软件控制流程的核心部分即时反转迭代部分。完成初始探测信号的发射后， 对采集接收的