本发明专利技术涉及一种生物声纳探测装置及其探测方法，由生物声纳探测装置发射仿生声纳信号探测目标，基于特定的投影机理对回波信号进行处理，保留回波的时域和频域投影特征，得到的双通道音频回波信号直接输出给人耳，再借助人脑模仿动物智能，实现对复杂目标的定位、特征捕捉和识别等功能，可以帮助盲人(或特定使用环境下的正常人)感知环境和目标。该装置包括声纳信号发射模块[A]，回波接收模块[B]，微型计算机模块，双通道音频输出模块[C]。由声纳信号发射模块[A]向环境或目标发射声纳探测信号，回波接收模块[B]接收回波信号，微型计算机模块将回波信号处理得到音频回波信号，再通过双通道音频输出模块[C]输入到人耳判别。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新型传感
，特别是。
技术介绍
生物声纳技术工作是研究具有自然生物声纳的生物(如蝙蝠、海豚等)的声纳系 统，通过一些电子技术手段模仿自然声纳的嘴巴和耳朵发射超声波脉冲和接收回波，采集 到不同环境的回波波形，然后对回波进行分析研究，在一定程度上能够实现自然声纳的诸 如识别、定位、追踪功能。现有应用于生物声纳研究工作的生物声纳装置主要包括依托于电 脑和高性能数据采集终端的生物声纳系统以及基于差频原理的导盲仪。依托于电脑和高性能数据采集终端的生物声纳系统，因数据采集终端可以提供很 高的采样频率和采样精度，采集到的回波信号附带更多目标的细节信息，同时电脑也具有 很强的信号分析处理能力，然而限于人工智能技术的限制，目前电脑和简单算法的工程处 理方法的效能尚不及蝙蝠和海豚的动物大脑的识别效能，而且因其体积、重量较大，不便用 于室外环境下的目标探测。基于差频原理的导盲仪(市场上现有的凯氏导盲仪)，是CTFM (Continues Transmitted Frequency Modulated，连续发射调频波)模型在超声波探测中的一种应用。 其工作原理如下CTFM模型是一种线性扫频波，它具有较宽的频带，其范围从&至&。当接 收端接收到回波信号后，回波信号会与发射信号在某一时段相混叠。因为回波信号与反射 信号具有相同的波形模式，只是在时间上有一个长度为τ的延迟，所以回波信号与发射信 号相乘得到的输出信号在每一时刻都有相同的频率fa，等于差频fh-f\。通过fa便能够得 到发射物与发射端之间的距离大小。通过耳朵分辨差频信号的频率高低可以判断有无障碍 物和障碍物距离，可以实现一定程度的导盲功能及目标探测功能。不过，相较于蝙蝠或海豚 的声纳回波信号，差频信号所携带的目标特征信息少且不具有自然感知的直观信息，限制 了对环境目标的识别能力。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题在于提供一种便携的生物声纳探测装置及其探测方法。实现本专利技术目的的技术解决方案为一种生物声纳探测装置，包括声纳信号发射 模块、回波接收模块，微型计算机模块，双通道音频输出模块；声纳信号发射模块发射声纳 信号，回波接收模块接收反射回来的回波信号并将其传输给微型计算机模块，微型计算机 模块对信号进行处理后通过双通道音频输出模块输出；所述声纳信号发射模块包括声纳信号发生单元、发射端信号调理单元和发生端超 声波换能器，声纳信号发生单元产生声纳信号，发射端信号调理单元将声纳信号发生单元 输出的声纳信号放大、低通滤波后通过发射端超声换能器向环境或目标发射；所述回波接收模块为双通道结构，该模块包括两个相同的接收端超声换能器，两 个相同的接收端信号调理单元以及一个回波信号采集单元，每个接收端超声换能器对应一个接收端信号调理单元，接收端超声换能器接收环境中反射回来的回波信号并将其传输给 与其对应的接收端信号调理单元，接收端信号调理单元对回波信号进行放大、滤波；回波信 号采集单元同时采集经过信号调理的两路回波信号，并输出给微型计算机模块；双通道音频输出模块包括音频数模转换单元、音频信号调理驱动单元和双声道播 放器，音频数模转换单元将微型计算机模块处理得到两路数字音频回波信号转换为模拟信 号输出给音频信号调理驱动单元，音频信号调理驱动单元将两路音频回波信号放大并驱动 双声道播放器输出。一种生物声纳探测方法，包括以下步骤步骤1、声纳信号发射模块向外界发射声纳信号；步骤2、回波接收模块接收环境中反射回来的回波信号并将其传输给微型计算机， 所述回波接收模块为双通道模块，可以分别接收同一反射目标反射回来的回波信号；步骤3、微型计算机将接收到的信号进行在时域上的线性比例投影处理，保留回波 波纹的幅值和频谱比例特征，得到具有直观意义的两路音频回波信号；步骤4、双通道音频输出模块将两路音频回波信号输出给人耳。本专利技术的工作原理为发射声纳信号探测目标，对回波信号进行处理得到音频回 波信号并通过双声道播放器输出给人耳，借助人脑实现对目标的定位、识别等功能，可以帮 助盲人或特定使用环境下的正常人感知环境和目标。本专利技术与现有技术相比，其显著优点为1)发射声纳信号为仿生自然声纳信号， 回波携带更多目标特征，可以得到很高的目标识别与区分能力；幻本专利技术的装置模仿蝙蝠 的大脑在其自然生物声纳系统中的作用，利用人脑作为生物声纳系统中的智能环节，弥补 了基于计算机智能环节算法不完善问题；3)采用微型计算机作为控制核心，可实现回波信 号的存储、回放，利于人耳辨别目标特征，且可与上位机通信将回波信号传输给上位机(如 PC机)做进一步信号分析处理，以及构建专家库，此外也便于本探测装置的功能扩展；4)本 专利技术基于投影机理得到的音频回波信号，充分保留了回波信号所携带的目标特征信息；5) 采用双通道同时接收回波信号并按幅值和频谱比例转换为音频回波信号分别输入人的左 右耳，保留了自然声纳双耳差辨特征。下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。附图说明图1为本专利技术的一种生物声纳探测装置工作原理图。图2为本专利技术的一种生物声纳探测装置结构框图。图3为本专利技术的一种生物声纳探测装置实施例结构框图。图4为仿生调频调幅波。图5为仿生调频恒幅波。图6为仿生恒频恒幅波。具体实施例方式结合图1、图2，本专利技术涉及一种模仿蝙蝠和海豚的生物声纳嘴巴与双耳工作原理 的新型生物声纳探测装置及其探测方法，是一种适用于空气和水下目标特征识别的装置及其探测方法，所述生物声纳探测装置，包括声纳信号发射模块A、回波接收模块B，微型计算 机模块，双通道音频输出模块C ；声纳信号发射模块A发射声纳信号，回波接收模块B接收 反射回来的回波信号并将其传输给微型计算机模块，微型计算机模块对信号进行处理后通 过双通道音频输出模块C输出；所述声纳信号发射模块A包括声纳信号发生单元、发射端信号调理单元和发生端 超声波换能器，声纳信号发生单元产生声纳信号，并由发射端信号调理单元将声纳信号发 生单元输出的声纳信号放大、低通滤波后通过发射端超声换能器向环境或目标发射；所述回波接收模块B为双通道结构，该模块包括两个相同的接收端超声换能器， 两个相同的接收端信号调理单元以及一个回波信号采集单元，每个接收端超声换能器对应 一个接收端信号调理单元，接收端超声换能器接收环境中反射回来的回波信号并将其传输 给与其对应的接收端信号调理单元，接收端信号调理单元对回波信号进行放大、滤波；回波 信号采集单元同时采集经过信号调理的两路回波信号，并输出给微型计算机模块；双通道音频输出模块C包括音频数模转换单元、音频信号调理驱动单元和双声道 播放器，音频数模转换单元将微型计算机模块处理得到两路数字音频回波信号转换为模拟 信号输出给音频信号调理驱动单元，音频信号调理驱动单元将两路音频回波信号放大并驱 动双声道播放器输出。基于微型计算机(单片机、单板机、DSP、ARM、或者其它的体积小，重量轻的微型计 算机)构建微型计算机模块，其可实现功能1)控制声纳信号发生单元和音频数模转换单元；2)不同声纳信号波形的存储，回波信号的处理、输出、存储及回放；3)专家库，所述专家库存储部分环境目标及其对应回波信号，可将回波接收模块 接收到的回波信号与专家库中存储的回波信号对比，生物声纳探测装置本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种生物声纳探测装置，其特征在于，包括声纳信号发射模块［Ａ］、回波接收模块［Ｂ］，微型计算机模块，双通道音频输出模块［Ｃ］；声纳信号发射模块［Ａ］发射声纳信号，回波接收模块［Ｂ］接收反射回来的回波信号并将其传输给微型计算机模块，微型计算机模块对信号进行处理后通过双通道音频输出模块［Ｃ］输出；所述声纳信号发射模块［Ａ］包括声纳信号发生单元、发射端信号调理单元和发生端超声波换能器，声纳信号发生单元产生声纳信号，发射端信号调理单元将声纳信号发生单元输出的声纳信号放大、低通滤波后通过发射端超声换能器向环境或目标发射；所述回波接收模块［Ｂ］为双通道结构，该模块包括两个相同的接收端超声换能器、两个相同的接收端信号调理单元以及一个回波信号采集单元，每个接收端超声换能器对应一个接收端信号调理单元，接收端超声换能器接收环境中反射回来的回波信号并将其传输给与其对应的接收端信号调理单元，接收端信号调理单元对回波信号进行放大、滤波；回波信号采集单元同时采集经过信号调理的两路回波信号，并输出给微型计算机模块；双通道音频输出模块［Ｃ］包括音频数模转换单元、音频信号调理驱动单元和双声道播放器，音频数模转换单元将微型计算机模块处理得到两路数字音频回波信号转换为模拟信号输出给音频信号调理驱动单元，音频信号调理驱动单元将两路音频回波信号放大并驱动双声道播放器输出。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王茂森，陈明霞，章鹏，王猛，杨华，
申请(专利权)人：王茂森，南京理工大学，
类型：发明
国别省市：84
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