CN112764016B - 一种信号处理方法和装置、可变频多波束测深*** - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种信号处理方法和装置、可变频多波束测深***，该方法包括：在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；在深度值相较于上一帧的深度值发生变化或探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；基于目标子阵结构和回波信号形成***阵波束，***阵波束用于进行底检测。由此可以根据现场工作环境及回波信号的实际情况自适应地对子阵结构进行变更，并基于变更后的子阵结构形成***阵波束，从而可以弥补固定子阵结构的不足，有效提高底检测的精度。

Description

一种信号处理方法和装置、可变频多波束测深***
技术领域
本申请涉及波束测深技术领域，尤其涉及一种信号处理方法和装置、可变频多波束测深***。
背景技术
可变频多波束测深是一种高效率、高精度和高分辨率的海底地形测量技术，可以根据工作环境自主选择工作频率，能够满足不同的测深范围和更高空域分辨率的需求，具有校准时间短、***安装方便，超高分辨率、抗干扰强等优势。可变频多波束测深***的核心技术为底检测技术，在使用底检测技术之前，通常需要对探测信号的回波信号进行预处理，以使输出信号能够满足底检测的需求。
通常，对回波信号的预处理可以包括正交解调、子阵结构配置、噪声抑制和***阵波束形成，其中，子阵结构会影响***阵波束形成的输出信噪比和相位线性无模糊区间长度，进而影响底检测的精度。针对可变频多波束探测***而言，由于探测信号的频率可变，实际测量的海洋深度也会变化，因此，如何配置子阵结构进而提高底检测的精度至关重要。
发明内容
本申请实施例提供一种信号处理方法和装置、可变频多波束测深***，用于解决采用目前的子阵结构形成***阵波束进而进行底检测时，底检测结果的精度较低的问题。
为解决上述技术问题，本申请实施例是这样实现的：
第一方面，提出一种信号处理方法，包括：
在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测。
第二方面，提出一种信号处理装置，包括：
深度预测单元，在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
子阵结构变更单元，在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
波束形成单元，基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测。
第三方面，提出一种电子设备，该电子设备包括：
处理器；以及
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，该可执行指令在被执行时使该处理器执行以下操作：
在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测。
第四方面，提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行以下方法：
在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测。
第五方面，提出一种可变频多波束测深***，包括湿端声纳、干端接口盒、干端便携机和辅助传感器，其中：
所述湿端声纳向海洋发射探测信号，以及接收所述探测信号的回波信号，所述探测信号用于探测海洋深度且频率可变；
所述干端接口盒、所述干端便携机和所述辅助传感器在当前一帧内，基于所述回波信号预测指定位置的深度值；在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测。
本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
在对海洋深度进行测量的当前帧内，可以由回波信号预测当前帧的深度值，若相较于上一帧而言，该深度值发生一定程度的变化或探测信号的频率发生变化，则可以对当前的子阵结构进行变更，并使用变更后得到的目标子阵结构和回波信号进行***阵波束的形成，以基于形成的***阵波束进行底检测。本申请实施例能够根据现场工作环境及回波信号的实际情况自适应地对子阵结构进行变更，并基于变更后的子阵结构形成***阵波束，因此，可以弥补固定子阵结构的不足，有效提高底检测的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图;
图1是本申请的一个实施例信号处理方法的流程示意图；
图2是本申请的一个实施例信号处理方法的流程示意图；
图3是本申请的一个实施例***阵波束的示意图；
图4是本申请的一个实施例电子设备的结构示意图；
图5是本申请的一个实施例信号处理装置的结构示意图；
图6是本申请的一个实施例可变频多波束测深***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1是本申请的一个实施例信号处理方法的流程示意图。图1所示的实施例具体包括以下步骤。
S102：在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值。
在对海洋深度进行探测时，可以向海底发射探测信号，该探测信号可以是声波信号，其中，每进行一次探测可以认为是一帧。本实施例中，在对海洋深度进行测量的当前一帧内，在发射探测信号后，可以对该探测信号的回波信号进行采集。在采集得到回波信号后，可以基于回波信号预测得到海底某个指定位置的深度值。
上述指定位置可以是发射探测信号的设备正下方对应的海底位置。在基于回波信号预测该指定位置的深度值之前，可以先对回波信号进行正交解调处理，得到回波信号对应的同相正交（in-phase quadrature，IQ）信号，然后基于该IQ信号预测指定位置的深度值。在本实施例中，若无特殊说明，回波信号均可以理解为该回波信号对应的IQ信号。
在基于回波信号预测指定位置的深度值时，首先，可以基于回波信号，确定从发射探测信号到接收到该回波信号之间的回波时长；其次，基于以下公式确定得到指定位置的深度值：
Figure 702435DEST_PATH_IMAGE001
，其中，H为预测得到的深度值，T为上述回波时长，c为探测信号的表面声速。
在基于回波信号确定从发射探测信号到接收到该回波信号之间的回波时长时，具体实现方式如下：
在发射探测信号时，可以记录探测信号的发射时刻。在发射探测信号后，可以每隔设定时长进行一次信号采样，其中，在当前帧内可以设置多个信号采样点，且可以采用多个阵元同时进行信号采集。这样，在当前帧内，通过多次采样可以采集得到回波信号。
在采集得到回波信号后，针对每个信号采样点，可以确定在信号采样点上由多个阵元采集得到的多个回波信号的幅度，并计算该多个回波信号的幅度的平均值，得到与每个采样点对应的平均值，最终得到与多个信号采样点一一对应的多个平均值。
在得到多个平均值后，可以从多个平均值中检测峰值点。本实施例中，峰值点的个数可以是一个，也可以是多个。
在得到至少一个峰值点后，可以从该至少一个峰值点中选择一个目标峰值点，该目标峰值点为至少一个峰值点中幅度超过设定阈值的第一个峰值点。其中，预设阈值可以根据实际情况确定，也可以通过以下公式确定得到，这里不做具体限定。
Figure 817939DEST_PATH_IMAGE002
，其中，Th为设定阈值，P max为至少一个峰值点中的最大峰值点幅度，P min为至少一个峰值点中的最小峰值点幅度。
在确定得到目标峰值点后，该目标峰值点对应的采样时刻和之前记录的发射探测信号的发射时刻之间的时长即为回波时长。
在得到回波时长后，可以基于上述
Figure 719030DEST_PATH_IMAGE003
预测得到指定位置的深度值。在得到深度值后，可以执行S104。
S104：在深度值相较于上一帧的深度值发生变化或探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构。
在S104中，可以将预测得到的深度值与上一帧该指定位置处的深度值进行比较，判断深度值是否相较于上一帧发生变化。本实施例中，在当前帧的深度值与上一帧的深度值相差大于或等于预设百分比的情况下，可以认为深度值发生变化，否则可以认为深度值没有发生变化。该预设百分比可以根据实际情况进行设定，比如10%等。
在进行上述深度值的对比时，还可以将当前帧所使用的探测信号的频率与上一帧所使用的探测信号的频率进行比较，判断当前帧的信号频率是否相较于上一帧是否发生变化。本实施例中，在当前帧的信号频率与上一帧的信号频率不同的情况下，就可以认为发生了变化。
需要说明的是，若当前帧为第一帧，即当前帧不存在上一帧，则为了便于判断当前帧的深度值或信号频率是否发生变化，可以预先设置历史深度值和历史频率，若当前帧的深度值与历史深度值相差不小于预设百分比，则可以认为深度值发生了变化，若当前帧的信号频率与历史频率不同，则可以认为信号频率发生了变化。其中，历史深度值和历史频率可以根据实际情进行况设定，这里不做具体限定。
在进行上述深度值和信号频率的对比后，若深度值发生了变化或频率发生了变化，则可以对当前使用的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构，以适应变化的深度值或频率。
在对子阵结构进行变更，得到目标子阵结构时，具体实现方式如下：
首先，基于变化后的深度值或变化后的频率确定多个候选子阵结构。
这里的变化后的深度值即为S102中预测得到的深度值，变化后的频率即为S102中所使用的探测信号的频率。本实施例可以基于变化后的深度值或变化后的频率确定得到子阵结构数组，该子阵结构数组中包含多个子阵结构，该多个子阵结构可以视为多个候选子阵结构。
多个候选子阵结构中，每个子阵结构都是有效的子阵结构，且子阵间隔M和子阵长度L均满足以下条件：
Figure 923747DEST_PATH_IMAGE004
。
在确定多个候选子阵结构时，在深度值发生变化的情况下，若深度值相较于上一帧增加，则可以增加L，若深度值相较于上一帧减少，则可以减少L，由此可以得到多个候选子阵结构。在频率发生变化的情况下，若频率相较于上一帧增加，则可以减少L，若频率相较于上一帧减少，则可以增加L，由此可以得到多个候选子阵结构。
其次，确定多个候选子阵结构各自对应的波束输出信噪比。
本实施例中，多个候选子阵结构各自对应的波束输出信噪比均可以通过S102中的回波信号的回波信噪比确定得到。具体地，针对任一候选子阵结构，可以通过以下公式确定得到对应的波束输出信噪比：
Figure 60330DEST_PATH_IMAGE005
，其中，SNR 0 为候选子阵对应的波束输出信噪比，SNR I 为回波信号的回波信噪比，μ基于候选子阵结构的子阵间隔、子阵长度、子阵个数和相互重叠的阵数确定得到。
SNR I （即回波信号的回波信噪）可以通过以下步骤确定得到：
S11：选择回波信号中第一指定范围内的信号作为噪声信号，并计算噪声信号的平均值和标准差。
第一指定范围内的信号可以是测量足够远的一段范围内的信号。平均值和标准差具体为噪声信号幅度的平均值和标准差。
S12：将回波信号的幅值减去上述噪声信号的平均值后选择回波信号第二指定范围内的信号作为指定回波信号，并计算指定回波信号的标准差。
第二指定范围可以是以S102中预测得到的深度值为中心的一段范围。
S13：通过以下公式确定回波信号的回波信噪比：
Figure 401313DEST_PATH_IMAGE006
，其中，σ s 为指定回波信号的标准差，σ n 为噪声信号的标准差。
通过以上方法可以确定得到与多个候选子阵结构各自对应的多个波束输出信噪比。
最后，在得到与多个候选子阵结构各自对应的多个波束输出信噪比后，可以基于波束输出信噪比确定得到目标子阵结构。
具体地，可以根据各波束输出信噪比，从多个候选子阵中选择波束输出信噪比不小于设定信噪比阈值的一个或多个候选子阵结构，之后，可以从该一个或多个候选子阵结构中选择包含的子阵个数最少的一个候选子阵结构，该候选子阵结构即为目标子阵结构。其中，设定信噪比阈值可以根据实际情况进行设定，这里不做具体限定。
在得到目标子阵结构后，可以执行S106。
S106：基于目标子阵结构和回波信号形成***阵波束，***阵波束用于进行底检测。
在对子阵结构变更后，可以基于变更后的目标子阵结构将接收阵划分为多个规则重叠的子阵，并采用现有技术中通用的做法形成***阵波束，进而基于该***阵波束进行后续的底检测。由于可以自适应地对子阵结构进行变更，并基于变更后的子阵结构形成***阵波束，因此，可以弥补固定子阵结构的不足，有效提高底检测的精度。
为了便于理解本申请实施例提供的技术方案，可以参见图2所示的实施例。图2所示的实施例与图1所示的实施例属于相同的发明构思，具体包括以下步骤：
S201：在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值。
S202：判断深度值相较于上一帧的深度值是否发生变化，或探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率是否发生变化。
若深度值或频率发生变化，则可以执行S203；否则可以执行S208。
S203：基于变化后的深度值或变化后的频率确定多个候选子阵结构。
S204：确定回波信号的回波信噪比。
S205：基于回波信号的回波信噪比确定多个候选子阵结构各自对应的波束输出信噪比。
S206：从多个候选子阵结构中选择目标子阵结构，目标子阵结构对应的波束输出信噪比小于设定信噪比阈值且包含的子阵个数最少。
S207：基于目标子阵结构和回波信号形成***阵波束，***阵波束用于进行底检测。
S208：基于当前的子阵结构和回波信号形成***阵波束，***阵波束用于进行底检测。
上述S201至S208的具体实现可以参见图1所示实施例中相应步骤的具体实现，这里不再重复说明。
为了验证本申请实施例提供的技术方案的有效性，可以选择某海域的实测试验数据进行处理，试验数据的信号频率分别为200KHz，300KHz和400KHz，深度值约为10m。基于上述S102至S104确定的子阵结构分别为：200KHz的子阵长度32，子阵间隔10；300KHz的子阵长度30，子阵间隔9；400KHz的子阵长度24，子阵间隔8。
根据上述S106得到的处理结果如图3所示。图3中，从上到下依次为***阵波束幅度序列及相位差序列，从图3中可以看到采用合适的子阵结构，可以减小相位差序列中的干扰起伏，得到更加平滑的相位差曲线，有利于后续底跟踪及底检测的正确性。
本申请实施例提供的技术方案，在对海洋深度进行测量的当前帧内，可以由回波信号预测当前帧的深度值，若相较于上一帧而言，该深度值发生一定程度的变化或探测信号的频率发生变化，则可以对当前的子阵结构进行变更，并使用变更后得到的目标子阵结构和回波信号进行***阵波束的形成，以基于形成的***阵波束进行底检测。本申请实施例能够根据现场工作环境及回波信号的实际情况自适应地对子阵结构进行变更，并基于变更后的子阵结构形成***阵波束，因此，可以弥补固定子阵结构的不足，有效提高底检测的精度。
上述对本申请特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
图4是本申请的一个实施例电子设备的结构示意图。请参考图4，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。
处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构）总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构）总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成信号处理装置。处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行以下操作：
在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测。
上述如本申请图4所示实施例揭示的信号处理装置执行的方法可以应用于处理器中，或者由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、网络处理器（Network Processor，NP）等；还可以是数字信号处理器（Digital SignalProcessor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field－Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
该电子设备还可执行图1和图2的方法，并实现信号处理装置在图1和图2所示实施例中的功能，本申请实施例在此不再赘述。
当然，除了软件实现方式之外，本申请的电子设备并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令，该指令当被包括多个应用程序的便携式电子设备执行时，能够使该便携式电子设备执行图1和图2所示实施例的方法，并具体用于执行以下操作：
在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测。
图5是本申请的一个实施例信号处理装置50的结构示意图。请参考图5，在一种软件实施方式中，所述信号处理装置50可包括：深度预测单元51、子阵结构变更单元52和波束形成单元53，其中：
深度预测单元51，在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
子阵结构变更单元52，在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
波束形成单元53，基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测。
可选地，深度预测单元51基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值，包括：
基于所述回波信号，确定从发射所述探测信号到接收到所述回波信号之间的回波时长；
基于公式
Figure 17845DEST_PATH_IMAGE001
确定得到所述指定位置的深度值，其中，H为所述指定位置的深度值，T为所述回波时长，c为所述探测信号的表面声速。
可选地，所述当前一帧内包括多个信号采样点，所述回波信号基于所述多个信号采样点采集得到；
其中，深度预测单元51基于所述回波信号，确定从发射所述探测信号到接收到所述回波信号之间的回波时长，包括：
确定在每个信号采样点上采集到的多个回波信号幅度的平均值，得到与所述多个信号采样点对应的多个平均值；
检测所述多个平均值中的至少一个峰值点；
确定所述至少一个峰值点中的目标峰值点，所述目标峰值点为所述至少一个峰值点中幅度超过设定阈值的第一个峰值点；
将发射所述探测信号的时刻到所述目标峰值点对应的采样时刻之间的时长确定为所述回波时长。
可选地，所述子阵结构变更单元52对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构，包括：
基于变化后的深度值或变化后的频率确定多个候选子阵结构，每个候选子阵结构的子阵间隔M和子阵长度L满足以下条件：
Figure 241016DEST_PATH_IMAGE007
，且在深度值增加的情况下增加L，在频率增加的情况下减少L；
确定所述多个候选子阵结构各自对应的波束输出信噪比；
基于所述波束输出信噪比从所述多个候选子阵结构中确定得到所述目标子阵结构，所述目标子阵结构对应的波束输出信噪比小于设定信噪比阈值且包含的子阵个数最少。
可选地，所述子阵结构变更单元52确定所述多个候选子阵结构各自对应的波束输出信噪比，包括：
确定所述回波信号的回波信噪比；
针对任一候选子阵结构，通过以下公式确定得到所述候选子阵结构对应的波束输出信噪比：
Figure 915711DEST_PATH_IMAGE005
，其中，SNR 0 为候选子阵对应的波束输出信噪比，SNR I 为所述回波信号的回波信噪比，μ基于所述候选子阵结构的子阵间隔、子阵长度、子阵个数和相互重叠的阵数确定得到。
可选地，所述子阵结构变更单元52确定所述回波信号的回波信噪比，包括：
选择所述回波信号中第一指定范围内的信号作为噪声信号，并计算所述噪声信号的平均值和标准差；
将所述回波信号的幅值减去所述噪声信号的平均值后选择所述回波信号第二指定范围内的信号作为指定回波信号，计算所述指定回波信号的标准差；
通过以下公式确定所述回波信号的回波信噪比：
Figure 836832DEST_PATH_IMAGE006
，其中，σ s 为所述指定回波信号的标准差，σ n 为所述噪声信号的标准差。
本申请实施例提供的信号处理装置50还可执行图1和图2的方法，并实现信号处理装置50在图1和图2所示实施例的功能，本申请实施例在此不再赘述。
此外，本申请实施例还提供一种可变频多波束测深***。如图6所示，在一种可能的实现方式中，可变频多波束测深***60可以包括湿端声纳61、干端接口盒62、干端便携机63和辅助传感器64，其中：
湿端声纳61可以向海洋发射探测信号，以及接收探测信号的回波信号，其中，探测信号用于探测海洋深度且频率可变，频率的变化范围可以在200KHz~400KHz之间。
干端接口盒62、干端便携机63和辅助传感器64可以共同实现声学数据与传感器数据的同步及处理，并可以实现本申请上述实施例中的信号处理方法。具体地，在当前一帧内，基于湿端声纳61接收到的回波信号预测指定位置的深度值；在深度值相较于上一帧的深度值发生变化或探测信号的频率相较于上一帧的探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；基于目标子阵结构和回波信号形成***阵波束，***阵波束用于进行底检测。
在一种可选的实现方式中，辅助传感器64具体可以包括表面声速仪、组合式惯导、声速剖面仪等（图6并未示出）。
总之，以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述实施例阐明的***、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于***实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (8)

1.一种信号处理方法，其特征在于，包括：
在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测；
其中，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构，包括：
基于变化后的深度值或变化后的频率确定多个候选子阵结构，每个候选子阵结构的子阵间隔M和子阵长度L满足以下条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，且在深度值增加的情况下使L增加，在深度值减少的情况下使L减少，在频率增加的情况下使L减少，在频率减少的情况下使L增加；
确定所述回波信号的回波信噪比；
针对任一候选子阵结构，通过以下公式确定得到所述候选子阵结构对应的波束输出信噪比：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，其中，SNR 0 为候选子阵对应的波束输出信噪比，SNR I 为所述回波信号的回波信噪比，μ基于所述候选子阵结构的子阵间隔、子阵长度、子阵个数和相互重叠的阵数确定得到；
基于所述波束输出信噪比从所述多个候选子阵结构中确定得到所述目标子阵结构，所述目标子阵结构对应的波束输出信噪比小于设定信噪比阈值且包含的子阵个数最少。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值，包括：
基于所述回波信号，确定从发射所述探测信号到接收到所述回波信号之间的回波时长；
基于公式
Figure DEST_PATH_IMAGE006
确定得到所述指定位置的深度值，其中，H为所述指定位置的深度值，T为所述回波时长，c为所述探测信号的表面声速。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当前一帧内包括多个信号采样点，所述回波信号基于所述多个信号采样点采集得到；
其中，基于所述回波信号，确定从发射所述探测信号到接收到所述回波信号之间的回波时长，包括：
确定在每个信号采样点上采集到的多个回波信号幅度的平均值，得到与所述多个信号采样点对应的多个平均值；
检测所述多个平均值中的至少一个峰值点；
确定所述至少一个峰值点中的目标峰值点，所述目标峰值点为所述至少一个峰值点中幅度超过设定阈值的第一个峰值点；
将发射所述探测信号的时刻到所述目标峰值点对应的采样时刻之间的时长确定为所述回波时长。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述回波信号的回波信噪比，包括：
选择所述回波信号中第一指定范围内的信号作为噪声信号，并计算所述噪声信号的平均值和标准差；
将所述回波信号的幅值减去所述噪声信号的平均值后选择所述回波信号中第二指定范围内的信号作为指定回波信号，计算所述指定回波信号的标准差；
通过以下公式确定所述回波信号的回波信噪比：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，其中，σ s 为所述指定回波信号的标准差，σ n 为所述噪声信号的标准差。
5.一种可变频多波束测深***，其特征在于，包括湿端声纳、干端接口盒、干端便携机和辅助传感器，其中：
所述湿端声纳向海洋发射探测信号，以及接收所述探测信号的回波信号，所述探测信号用于探测海洋深度且频率可变；
所述干端接口盒、所述干端便携机和所述辅助传感器在当前一帧内，基于所述回波信号预测指定位置的深度值；在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测；
其中，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构，包括：
基于变化后的深度值或变化后的频率确定多个候选子阵结构，每个候选子阵结构的子阵间隔M和子阵长度L满足以下条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，且在深度值增加的情况下使L增加，在深度值减少的情况下使L减少，在频率增加的情况下使L减少，在频率减少的情况下使L增加；
确定所述回波信号的回波信噪比；
针对任一候选子阵结构，通过以下公式确定得到所述候选子阵结构对应的波束输出信噪比：
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
，其中，SNR 0 为候选子阵对应的波束输出信噪比，SNR I 为所述回波信号的回波信噪比，μ基于所述候选子阵结构的子阵间隔、子阵长度、子阵个数和相互重叠的阵数确定得到；
基于所述波束输出信噪比从所述多个候选子阵结构中确定得到所述目标子阵结构，所述目标子阵结构对应的波束输出信噪比小于设定信噪比阈值且包含的子阵个数最少。
6.一种信号处理装置，其特征在于，包括：
深度预测单元，在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
子阵结构变更单元，在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
波束形成单元，基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测；
其中，所述子阵结构变更单元对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构，包括：
基于变化后的深度值或变化后的频率确定多个候选子阵结构，每个候选子阵结构的子阵间隔M和子阵长度L满足以下条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AA
，且在深度值增加的情况下使L增加，在深度值减少的情况下使L减少，在频率增加的情况下使L减少，在频率减少的情况下使L增加；
确定所述回波信号的回波信噪比；
针对任一候选子阵结构，通过以下公式确定得到所述候选子阵结构对应的波束输出信噪比：
Figure DEST_PATH_IMAGE004AA
，其中，SNR 0 为候选子阵对应的波束输出信噪比，SNR I 为所述回波信号的回波信噪比，μ基于所述候选子阵结构的子阵间隔、子阵长度、子阵个数和相互重叠的阵数确定得到；
基于所述波束输出信噪比从所述多个候选子阵结构中确定得到所述目标子阵结构，所述目标子阵结构对应的波束输出信噪比小于设定信噪比阈值且包含的子阵个数最少。
7. 一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
被安排成存储计算机可执行指令的存储器，该可执行指令在被执行时使该处理器执行以下操作：
在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测；
其中，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构，包括：
基于变化后的深度值或变化后的频率确定多个候选子阵结构，每个候选子阵结构的子阵间隔M和子阵长度L满足以下条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAA
，且在深度值增加的情况下使L增加，在深度值减少的情况下使L减少，在频率增加的情况下使L减少，在频率减少的情况下使L增加；
确定所述回波信号的回波信噪比；
针对任一候选子阵结构，通过以下公式确定得到所述候选子阵结构对应的波束输出信噪比：
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAA
，其中，SNR 0 为候选子阵对应的波束输出信噪比，SNR I 为所述回波信号的回波信噪比，μ基于所述候选子阵结构的子阵间隔、子阵长度、子阵个数和相互重叠的阵数确定得到；
基于所述波束输出信噪比从所述多个候选子阵结构中确定得到所述目标子阵结构，所述目标子阵结构对应的波束输出信噪比小于设定信噪比阈值且包含的子阵个数最少。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储一个或多个程序，所述一个或多个程序当被包括多个应用程序的电子设备执行时，使得所述电子设备执行以下方法：
在对海洋深度进行测量的当前一帧内，基于所使用的探测信号的回波信号预测指定位置的深度值；
在所述深度值相较于上一帧的深度值发生变化或所述探测信号的频率相较于上一帧探测信号的频率发生变化的情况下，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构；
基于所述目标子阵结构和所述回波信号形成***阵波束，所述***阵波束用于进行底检测；
其中，对当前的子阵结构进行变更，得到目标子阵结构，包括：
基于变化后的深度值或变化后的频率确定多个候选子阵结构，每个候选子阵结构的子阵间隔M和子阵长度L满足以下条件：
Figure DEST_PATH_IMAGE002AAAA
，且在深度值增加的情况下使L增加，在深度值减少的情况下使L减少，在频率增加的情况下使L减少，在频率减少的情况下使L增加；
确定所述回波信号的回波信噪比；
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，其中，SNR 0 为候选子阵对应的波束输出信噪比，SNR I 为所述回波信号的回波信噪比，μ基于所述候选子阵结构的子阵间隔、子阵长度、子阵个数和相互重叠的阵数确定得到；
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