宽带多波束阵列信号采样方法及装置

摘要

本说明书实施例公开了一种宽带多波束阵列信号采样方法及装置，以解决现有的采样方案存在的ADC采样率高、数据处理压力大，采样数据质量低以及ADC采样器件的成本过高等问题。所述方法包括：获取宽带多波束探测系统接收到的多个回波信号，所述宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化；基于接收到的回波信号的频率，获取接收到的回波信号对应的本振信号；分别将各个回波信号及对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，得到各个回波信号对应的混频信号；分别对各个回波频率对应的混频信号中的下变频信号进行滤波处理后再进行模数转换ADC采样。

权利要求

1.一种宽带多波束阵列信号采样方法，其特征在于，包括：获取宽带多波束探测系统接收到的多个回波信号，所述宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化；

基于接收到的回波信号的频率，获取接收到的回波信号对应的本振信号；

分别将各个回波信号及对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，得到各个回波信号对应的混频信号；

分别对各个回波频率对应的混频信号中的下变频信号进行滤波处理后再进行模数转换ADC采样，其中，对于各个回波频率对应的混频信号，对所述混频信号中的下变频信号进行滤波处理后，得到所述混频信号中的上变频信号，再对所述上变频信号进行ADC采样。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对各个回波频率对应的混频信号中的下变频信号进行滤波处理后再进行模数转换ADC采样，包括：对于各个回波信号对应的混频信号，对所述混频信号中的下变频信号进行第一频率范围的带通滤波处理，以得到所述混频信号中的上变频信号，所述第一频率范围的下限不小于所述上变频信号的频率；

依次对所述上变频信号进行增益放大处理和第二频率范围的带通滤波处理，得到待采样信号，所述第二频率范围的下限不小于所述上变频信号的频率；

对所述待采样信号进行ADC带通采样。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于接收到的回波信号的频率，获取接收到的回波信号对应的本振信号，包括：分别对于各个回波信号，基于所述回波信号的频率与所述回波信号对应的目标频率之间的差值，确定与所述回波信号对应的本振频率，所述多个回波信号分别对应的目标频率相同；

基于所述本振频率，生成所述回波信号对应的本振信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述本振频率，生成所述回波信号对应的本振信号，包括：

生成与所述回波信号的类型相同的控制信号，其中，所述多个回波信号对应同一控制信号；

对所述控制信号进行第三频率范围的滤波处理和放大处理，得到放大控制信号；

基于所述回波信号对应的本振频率，对所述放大控制信号进行功率分配，以得到所述回波信号对应的本振信号。

5.一种宽带多波束阵列信号采样装置，其特征在于，包括：输入模块，用于获取宽带多波束探测系统接收到的多个回波信号，所述宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化；

本振信号发生模块，用于基于接收到的回波信号的频率，获取接收到的回波信号对应的本振信号；

并联的多个单通道式调制模块，所述多个单通道式调制模块与所述多个回波信号一一对应，所述单通道式调制模块的第一输入端与所述输入模块连接，所述单通道式调制模块的第二输入端与所述本振信号发生模块的输出端连接，用于将所对应的回波信号及所述回波信号对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，得到各个回波信号对应的混频信号，以及分别对各个回波信号对应的混频信号中的下变频信号进行滤波处理，以得到各个回波信号对应的混频信号中的上变频信号；

ADC采样模块，用于对所述多个单通道式调制模块分别输出的上变频信号进行ADC采样处理。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述单通道式调制模块包括：乘法器和第一滤波器；

所述乘法器的第一端与所述输入模块的输出端连接，所述乘法器的第二端与所述本振信号发生模块的输出端连接，以将所对应的回波信号及所述回波信号对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，得到混频信号；

所述第一滤波器的输入端与所述乘法器的输出端连接，所述第一滤波器的输出端与所述ADC采样模块的输入端连接，以对所述混频信号中的下变频信号进行滤波处理，得到所述混频信号中的上变频信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述单通道式调制模块还包括第一放大器，所述第一放大器的输入端与所述输入模块的输出端连接，所述第一放大器的输出端与所述乘法器的输入端连接。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：控制器，所述控制器的输出端与所述本振信号发生模块的输入端连接，用于对于各个回波信号，基于所述回波信号的频率与所述回波信号对应的目标频率之间的差值，确定与所述回波信号对应的本振频率，以及基于所述本振频率，控制所述本振信号发生模块生成所述回波信号对应的本振信号，其中，所述多个回波信号分别对应的目标频率相同。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述本振信号发生模块包括：频率合成器、第一滤波放大电路和多个功率分配器，所述多个功率分配器与所述多个单通道式调制模块一一对应；

所述频率合成器的输入端与所述控制器的输出端连接，以在所述控制器的控制下，利用直接数字频率合成DDS技术和模拟锁相PLL技术，生成与所述回波信号的类型相同的控制信号；

所述第一滤波放大电路的输入端与所述频率合成器的输出端连接，以对所述控制信号进行滤波及放大处理，得到放大控制信号；

所述多个功率分配器之间并联连接，且所述功率分配器的输入端与所述第一滤波放大电路的输出端连接，所述功率分配器的输出端与所对应的单通道式调制模块的第二输入端连接，以基于输入所对应的单通道式调制模块中的回波信号对应的本振频率，对所述放大控制信号进行功率分配，得到与所对应的单通道式调制模块中的回波信号对应的本振信号。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述ADC采样模块包括：ADC采样器和至少一级第二滤波放大电路，各级第二滤波放大电路之间串联连接，且所述至少一级第二滤波放大电路中的第一级第二滤波放大电路的输入端分别与各个所述单通道式调制模块的输出端连接，以分别对各个所述单通道式调制模块输出的上变频信号进行增益放大处理和带通滤波处理，得到待采样信号；

所述ADC采样器的输入端与所述至少一级第二滤波放大电路中的最后一级第二滤波放大电路的输出端连接，以对所述待采样信号进行ADC带通采样。

说明书

宽带多波束阵列信号采样方法及装置

技术领域

[0001] 本文件涉及探测技术领域，尤其涉及一种宽带多波束阵列信号采样方法及装置。

背景技术

[0002] 近年来，随着多波束探测技术的不断进步，实现了测量模式从“点”、“线”到“面”的跨越，多波束探测的条带式、全覆盖测量特点大大提高了测量的精度和效率，广泛应用于海
道测量、海洋工程和海洋战场环境保障等领域，而宽带浅水多波束探测系统相对于单频多
波束探测系统，其发射、接收信号的频率范围更宽，有多个频点可调，具有兼具作用距离和
精细探测能力、高声兼容性以及灵活的探测环境适配性等优势，已逐步成为主流探测设备。

[0003] 宽带多波束阵列信号包括宽带多波束探测系统的多个接收基元在同一时刻接收到的多个回波信号，回波信号的频率可在线连续调节，使得宽带多波束探测系统接收到的
回波信号的频率是在一定的频率范围内变化的，宽带多波束阵列信号的采样是宽带多波束
形成的重要环节。传统的宽带多波束阵列信号的采样方案，通常需要在进行模数转换
（Analog‑to‑digital converter，ADC）采样之前设计带宽相对较高的滤波器，这就会面临
噪声多、信噪比低以及超采样的问题，进而导致ADC采样率高、数据处理压力大，采样数据质
量低以及ADC采样器件的成本过高。

发明内容

[0004] 本说明书实施例目的是提供一种宽带多波束阵列信号采样方法及装置，以解决现有的采样方案存在的ADC采样率高、数据处理压力大，采样数据质量低以及ADC采样器件的
成本过高等问题。

[0005] 为了实现上述目的，本说明书实施例采用下述技术方案：

[0006] 第一方面，提供一种宽带多波束阵列信号采样方法，包括：

[0007] 获取宽带多波束探测系统接收到的多个回波信号，所述宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化；

[0008] 基于接收到的回波信号的频率，获取接收到的回波信号对应的本振信号；

[0009] 分别将各个回波信号及对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，得到各个回波信号对应的混频信号；

[0010] 分别对各个回波频率对应的混频信号中的下变频信号进行滤波处理后再进行模数转换ADC采样。

[0011] 第二方面，提供一种宽带多波束阵列信号采样装置，包括：

[0012] 输入模块，用于获取宽带多波束探测系统接收到的多个回波信号，所述宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化；

[0013] 本振信号发生模块，用于基于接收到的回波信号的频率，获取接收到的回波信号对应的本振信号；

[0014] 并联的多个单通道式调制模块，所述多个单通道式调制模块与所述多个回波信号一一对应，所述单通道式调制模块的第一输入端与所述输入模块连接，所述单通道式调制
模块的第二输入端与所述本振信号发生模块的输出端连接，用于将所对应的回波信号及所
述回波信号对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，得到各个回波信号对应的混
频信号，以及分别对各个回波信号对应的混频信号中的下变频信号进行滤波处理，以得到
各个回波信号对应的混频信号中的上变频信号；

[0015] ADC采样模块，用于对所述多个单通道式调制模块分别输出的上变频信号进行ADC采样处理。

[0016] 本说明书实施例的方案，即便宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化，利用积化和差的转换处理方式，能够将多种不同频率的回波信号调
制到相同的频率，能够对多种不同频率的回波信号进行采样，从而将宽带多波束阵列信号
的采样转换为单频多波束阵列信号的采样，由此可以降低滤波器的带宽，提高信噪比，降低
采样率，进而减少数据处理压力，提高采样数据精度，同时降低ADC采样硬件的成本。

附图说明

[0017] 此处所说明的附图用来提供对本说明书的进一步理解，构成本说明书的一部分，本说明书的示意性实施例及其说明用于解释本说明书，并不构成对本说明书的不当限定。
在附图中：

[0018] 图1为本说明书的一个实施例提供的一种宽带多波束阵列信号采样方法的流程示意图；

[0019] 图2为本说明书的另一个实施例提供的一种宽带多波束阵列信号采样方法的流程示意图；

[0020] 图3为本说明书的一个实施例提供的一种宽带多波束阵列信号采样装置的结构示意图；

[0021] 图4为本说明书的另一个实施例提供的一种宽带多波束阵列信号采样装置的部分结构示意图。

[0022] 附图标记说明：

[0023] 310‑输入模块、320‑本振信号发生模块、

[0024] 321‑频率合成器、322‑第一滤波放大电路、323‑功率分配器、

[0025] 330‑ ADC采样模块、331‑ADC采样器、332‑第二滤波放大电路、

[0026] 340‑单通道式调制模块、341‑乘法器、342‑第一滤波器、343‑第一放大器、

[0027] 350‑控制器。

具体实施方式

[0028] 为使本说明书的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书具体实施例及相应的附图对本说明书技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本
说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件保护的范
围。

[0029] 多波束探测系统是一种能够对海底的地形地貌等进行高效的探测并能够实时高精度成像的水下探测成像设备。当多波束探测系统工作时，发射基阵向水下发射宽覆盖扇
区的声波，声波在水中传播，遇到水下目标后被反射形成回波信号，接收基阵则对水下回波
信号进行接收，并经过滤波及放大等一系列信号处理操作后再经过ADC采样，即完成对多波
束阵列信号的采样。进一步地，通过对采样结果进行滤波、解调、波束形成等一系列信号处
理操作，则可以形成测深数据和地形地貌图像，通过对测深数据进行分析即可获取水深、水
下目标的轨迹及方位等信息。目前，多波束阵列信号的采样通常包括单频多波束阵列信号
带通采样和宽带多波束阵列信号超采样，后者相较于前者，能够获取到更宽频率范围的采
样信号，进而使得多波束探测系统具有间距作用距离和精细探测能力、高声兼容性以及灵
活的探测环境适配性等优势，逐步成为主流探测设备。

[0030] 如前所述，传统的宽带多波束阵列信号的采样方案，通常需要在进行ADC采样之前设计带宽相对较高的滤波器，这就会面临噪声多、信噪比低以及超采样的问题，进而导致
ADC采样率高、数据处理压力大，采样数据质量低以及ADC采样器件的成本过高。

[0031] 为此，本说明书实施例旨在提供一种更优的宽带多波束阵列信号采样方案，利用积化和差的转换处理方式，将多种不同频率的回波信号分别调制到相同的频率，从而将宽
带多波束阵列信号的采样转换为单频多波束阵列信号的采样，由此可以降低滤波器的带
宽，提高信噪比，降低采样率，进而减少数据处理压力，提高采样数据精度，同时降低ADC采
样硬件的成本。

[0032] 以下结合附图，详细说明本说明书各实施例提供的技术方案。

[0033] 请参考图1，为本说明书的一个实施例提供的一种宽带多波束阵列信号采样方法的流程示意图，该方法可以包括：

[0034] S102，获取宽带多波束探测系统接收到的多个回波信号。

[0035] 其中，宽带多波束探测系统在同一时刻接收到的回波信号的频率可以是相同的，但由于宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率可调，因而宽带多波束探测系统在不
同时刻接收到的回波信号的频率可以是在预设的频率范围内变化的。

[0036] 示例地，以预设的频率范围为200kHz 400kHz的宽带浅水多波束声呐为例，宽带多~
波束探测系统在不同时刻接收到的回波信号的频率可以分别为200、210、220、……、390、
400等21个频率。

[0037] S104，基于接收到的回波信号的频率，获取接收到的回波信号对应的本振信号。

[0038] 本说明书实施例中，对于各个回波信号而言，该回波信号对应的本振信号用于对该回波信号进行调制。

[0039] 由于单频多波束阵列信号的采样相较于宽带多波束阵列信号的采样，无需设计带宽相对较高的滤波器，因而可以将多种不同频率的回波信号调制到相同的频率，进而将宽
带多波束阵列信号的采样转换为单频多波束阵列信号的采样，以降低滤波器的带宽，提高
信噪比，降低采样率，进而减少数据处理压力，提高采样数据精度，同时降低ADC采样硬件的
成本。基于此，为了实现对多种不同频率的回波信号的调制，以将这多种不同频率的回波信
号调制到相同的频率，可针对每种频率的回波信号，基于该回波信号的频率，获取该回波信
号对应的本振信号，进而能够基于各种回波信号对应的本振信号对该回波信号进行调制。
需要说明的是，实际应用中，宽带多波束探测系统在同一时刻接收到的回波信号的频率是
相同的，因而可分别针对同一时刻接收到的各个回波信号，获取相同的本振信号。

[0040] 为了准确获得各个回波信号对应的本振信号，以进一步确保能够将多种不同频率的回波信号调制到同一频率，在一种可选的实施方式中，上述S104可以包括如下步骤：

[0041] 步骤A1，分别对于各个回波信号，基于该回波信号的频率与回波信号对应的目标频率之间的差值，确定与回波信号对应的本振频率。

[0042] 本说明书实施例中，多个回波信号分别对应的目标频率相同。

[0043] 具体而言，对于各个回波信号，该回波信号对应的目标频率即为对该回波信号调制后的信号的频率。为将多个回波信号分别调制到相同的频率，对于各个回波信号，可将该
回波信号的频率与其对应的目标回波信号之间的差值，确定为与回波信号对应的本振频
率。

[0044] 示例地，以上述200kHz 400kHz的宽带浅水多波束声呐接收到的多个回波信号为~
例，表1示出了各个回波信号对应的本振频率。

[0045] 表1

[0046]

[0047] 步骤A2，基于回波信号对应的本振频率，生成回波信号对应的本振信号。

[0048] 具体而言，可以将回波信号对应的本振频率作为本振信号的频率，进而可以生成回波信号对应的本振信号。

[0049] 考虑到上述多个回波信号对应的目标频率相同，为了简化宽带多波束阵列信号采样过程，以进一步提高采样效率，可选地，可以将同一信号经过滤波、放大及按照不同功率
进行功率分配后，得到多个回波信号分别对应的本振信号。具体地，在上述步骤A2中，生成
回波信号对应的本振信号，包括：

[0050] 步骤A21，生成与回波信号的类型相同的控制信号。

[0051] 其中，多个回波信号对应同一控制信号。示例地，如果回波信号为正弦信号，则可生成的控制信号也为正弦信号，其中， 表示回波信号
的频率， 表示回波信号的相位， 表示回波信号的幅值。

[0052] 实际应用中，可利用直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis，DDS）技术和模拟锁相（Phase Lock Loop，PLL）技术，生成与回波信号的类型相同的控制信
号。

[0053] 步骤A22，对控制信号进行第三频率范围的滤波处理和放大处理，得到放大控制信号。

[0054] 本说明书实施例中，第三频率范围可以根据实际需要进行设置，本说明书实施例对此不作具体限定。示例地，第三频率范围可以设置为[200kHz,400kHz]，由此可以过滤到
该频率范围以外的信号。

[0055] 步骤A23，基于回波信号对应的本振频率，对放大控制信号进行功率分配，以得到回波信号对应的本振信号。

[0056] S106，分别将各个回波信号及对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，得到各个回波信号对应的混频信号。

[0057] 以上述回波信号为 为例，假设回波信号对应的本振信号为，其中， 表示本振信号的频率（也即回波信号对应的本振频
率）， 表示本振信号的相位， 表示本振信号的幅值。通过对回波信号及对应的本振信号
相乘后再进行积化和差转换处理后，可以得到混频信号
，其中，
为混频信号的上变频信号， 为混频
信号的下变频信号，由此可见，如果各个回波信号及其对应的本振信号的频率（即本振频
率）之和相同（即目标频率），那么各个回波信号对应的混频信号中的上变频信号相同，进而
实现了将多个回波信号调制到相同的频率。即便宽带多波束探测系统每次接收到的回波信
号的频率不同，只需将这些回波信号对应的目标频率设置为相同，通过上述方式，即可将每
次接收到的回波信号都调制到相同的频率，从而实现将多种频率不同的回波信号调制到相
同的频率。

[0058] 示例地，继续参见上述表1为例，通过分别对上述表1所示的各个回波信号及对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，可以得到各个回波信号对应的混频信号中包
含的上变频信号的频率 及下变频信号的频率 。可见，各个混频信号中包含的
上变频信号的频率 相同。

[0059] S108，分别对各个回波信号对应的混频信号中的下变频信号进行滤波处理后再进行ADC采样。

[0060] 如图2所示，由于得到的各个混频信号中的上变频信号的频率相同，通过分别对各个混频信号中的下变频信号进行滤波处理，即可得到各个混频信号中的上变频信号，实现
将采集的多个回波信号调制到同一频率，进一步分别对各个混频信号中的上变频信号进行
ADC采样，由此将宽带多波束阵列信号的采样转化为单频多波束阵列信号的采样。这样，在
进行ADC采样时，就无需设计带宽相对较高的滤波器，从而避免传统的带宽多波束阵列信号
采样过程中出现的ADC采样率高、数据处理压力大，采样数据质量低以及ADC采样器件的成
本过高等问题。

[0061] 具体而言，在一种可选的实施方式中，如图2所述，上述S108可以包括：首先，对于各个回波信号对应的混频信号，对该混频信号中的下变频信号进行第一频率范围的带通滤
波处理，以得到该混频信号中的上变频信号，其中，第一频率范围的下限不小于上变频信号
的频率；接着，依次对上变频信号进行增益放大处理和第二频率范围的带通滤波处理，得到
待采样信号，其中，第二频率范围的下限不小于上变频信号的频率；最后，对待采样信号进
行ADC带通采样，由此得到采样结果。可以理解的是，ADC带通采样相较于Nyquist采样， 可
以进一步降低信号的采样率，进而降低宽带阵列信号的采样率，减少数据量和数据处理压
力，降低信噪比，以及ADC硬件成本。

[0062] 需要说明的是，为了进一步提高采样结果的准确性，上述增益放大处理和第二频率范围的带通滤波处理可以进行多次，示例地 ，图2以两次为例。其次，第一频率范围和第
二频率范围均可以根据实际需要进行设置，本说明书实施例对此不作具体限定。另外，针对
各个回波信号，在将该回波信号与对应的本振信号进行相乘及积化和差转换处理之前，还
可对该回波信号进行固定增益放大处理。类似地，针对各个待采样信号，在对该待采样信号
进行ADC带通采样处理之前，还可对该待采样信号进行固定增益放大处理。

[0063] 本说明书实施例提供的宽带多波束阵列信号采样方法，即便宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化，利用积化和差的转换处理方式，能够
将多种不同频率的回波信号调制到相同的频率，能够对多种不同频率的回波信号进行采
样，从而将宽带多波束阵列信号的采样转换为单频多波束阵列信号的采样，由此可以降低
滤波器的带宽，提高信噪比，降低采样率，进而减少数据处理压力，提高采样数据精度，同时
降低ADC采样硬件的成本。

[0064] 此外，与上述图1所示的宽带多波束阵列信号采样方法相对应地，本说明书实施例还提供一种宽带多波束阵列信号采样装置。图3是本说明书实施例提供的一种宽带多波束
阵列信号采样装置的结构示意图，该装置包括：输入模块310、本振信号发生模块320、ADC采
样模块330以及并联的多个单通道式调制模块340。

[0065] 其中，输入模块310用于获取宽带多波束探测系统接收到的多个回波信号，所述宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化。

[0066] 本振信号发生模块320用于基于接收到的回波信号的频率，获取接收到的回波信号对应的本振信号。

[0067] 多个单通道式调制模块340之间并联连接，且多个单通道式调制模块340与多个回波信号一一对应。单通道式调制模块340的第一输入端与输入模块310连接，单通道式调制
模块340的第二输入端与本振信号发生模块320的输出端连接。单通道式调制模块340用于
将所对应的回波信号及回波信号对应的本振信号相乘后再进行积化和差转换处理，得到各
个回波信号对应的混频信号，以及分别对各个回波信号对应的混频信号中的下变频信号进
行滤波处理，以得到各个回波信号对应的混频信号中的上变频信号。

[0068] ADC采样模块330用于对多个单通道式调制模块340分别输出的上变频信号进行ADC采样处理。

[0069] 本说明书实施例提供的宽带多波束阵列信号采样装置，即便宽带多波束探测系统接收到的回波信号的频率在预设的频率范围内变化，利用积化和差的转换处理方式，能够
将多种不同频率的回波信号调制到相同的频率，能够对多种不同频率的回波信号进行采
样，从而将宽带多波束阵列信号的采样转换为单频多波束阵列信号的采样，由此可以降低
滤波器的带宽，提高信噪比，降低采样率，进而减少数据处理压力，提高采样数据精度，同时
降低ADC采样硬件的成本。

[0070] 为了准确获得各个回波信号对应的本振信号，以进一步确保能够将多个回波信号调制到同一频率，在另一个实施例中，如图4所示，本说明书实施例提供的宽带多波束阵列
信号采样装置还可以包括控制器350。其中，控制器350的输出端与本振信号发生模块320的
输入端连接，用于对于多个回波信号中的各个回波信号，基于该回波信号的频率与该回波
信号对应的目标频率之间的差值，确定与该回波信号对应的本振频率，以及基于所述本振
频率，控制本振信号发生模块320生成该回波信号对应的本振信号，其中，多个回波信号分
别对应的目标频率相同。

[0071] 实际应用中，控制器350可以采用任意适当的、具有控制及数据处理功能的器件，本说明书实施例对此不作具体限定。示例地，控制器350可以采用现场可编程逻辑门阵列
（Field Programmable Gate Array，FPGA）。

[0072] 本说明书实施例的宽带多波束阵列信号采样装置中，本振信号发生模块320可以具有任意适当的结构，本说明书实施例对此不作具体限定。考虑到上述多个回波信号对应
的目标频率相同，为了简化宽带多波束阵列信号采样过程，以进一步提高采样效率，可选
地，本振信号发生模块320可以将同一信号经过滤波、放大及按照不同功率进行功率分配
后，得到多个回波信号分别对应的本振信号。具体地，如图4所示，本振信号发生模块320可
以包括频率合成器321、第一滤波放大电路322和多个功率分配器323。

[0073] 其中，频率合成器321的输入端与控制器350的输出端连接，以在控制器350的控制下，利用DDS技术和PLL技术，生成与各个回波信号的类型相同的控制信号。

[0074] 第一滤波放大电路322的输入端与频率合成器321的输出端连接，以对控制信号进行滤波及放大处理，得到放大控制信号。实际应用中，第一滤波放大电路322可以包括滤波
器和放大器，滤波器及放大器各自的参数均可以根据实际需要进行设置，本说明书实施例
对此不作具体限定。

[0075] 多个功率分配器323与多个单通道式调制模块340一一对应，且多个功率分配器323之间并联连接。功率分配器323的输入端与第一滤波放大电路322的输出端连接，功率分
配器323的输出端与所对应的单通道式调制模块340的第二输入端连接，以基于输入所对应
的单通道式调制模块340中的回波信号对应的本振频率，对放大控制信号进行功率分配，得
到与所对应的单通道式调制模块340中的回波信号对应的本振信号。

[0076] 本说明书实施例的宽带多波束阵列信号采样装置中，ADC采样模块330可以具有任意适当的结构，本说明书实施例对此不作具体限定。为简化ADC采样模块330的结构，降低制
作成本，在一种可选的实施方式中，如图4所示，ADC采样模块330包括ADC采样器331和至少
一级第二滤波放大电路332。

[0077] 其中，各级第二滤波放大电路332之间串联连接，且至少一级第二滤波放大电路332中的第一级第二滤波放大电路332的输入端分别与各个单通道式调制模块340的输出端
连接，以分别对各个单通道式调制模块340输出的上变频信号进行增益放大处理和带通滤
波处理，得到采样信号。

[0078] 实际应用中，如图4所示，各级第二滤波放大电路332可以包括依次串联的可控增益放大器及带通滤波器，其中，可控增益放大器及带通滤波器各自的参数均可以根据实际
需要进行设置，本说明书实施例对此不作具体限定。另外，为便于向各级第二滤波放大电路
332中的可控增益放大器输入合适的增益控制信号，如图4所示，各级第二滤波放大电路332
还可以包括数模转换器（Digital Analog Converter，DAC）和第二放大器，其中，数模转换
器的输入端与控制器350的输出端连接，以将控制器350输出的控制指令进行数模转换，经
数模转换所得的模拟信号经第二放大器放大后，作为可控增益放大器的增益控制信号。

[0079] ADC采样器331的输入端与至少一级第二滤波放大电路332中的最后一级第二滤波放大电路332的输出端连接，以对待采样信号进行模数转换，得到采样结果。实际应用中，
ADC采样器331可以采用任意适当的类型，例如Nyquist采样器、带通采样器等。在较为优选
的方案中，ADC采样器331可以采用带通采样器，相较于Nyquist采样器，可以进一步降低信
号的采样率，进而降低宽带阵列信号的采样率，减少数据量和数据处理压力，降低信噪比，
以及ADC硬件成本。

[0080] 本说明书实施例的宽带多波束阵列信号采样装置中，单通道式调制模块340可以具有任意适当的结构，本说明书实施例对此不作具体限定。为简化单通道式调制模块340的
结构，降低制作成本，在一种可选的实施方式中，如图4所示，对于各个单通道式调制模块
340而言，其可以包括乘法器341和第一滤波器342。

[0081] 其中，乘法器341的第一端与输入模块310的输出端连接，乘法器341的第二端与本振信号发生模块320的输出端连接，以将所对应的回波信号及回波信号对应的本振信号相
乘后再进行积化和差转换处理，得到相应的混频信号。

[0082] 第一滤波器342的输入端与乘法器341的输出端连接，第一滤波器342的输出端与ADC采样模块330的输入端连接，以对混频信号中的下变频信号进行滤波处理，得到混频信
号中的上变频信号。实际应用中，第一滤波器342的频率范围可以根据实际需要进行设置，
例如，第一滤波器342的频率范围可以设置为下限不小于上变频信号的频率，由此可以确保
混频信号中的下变频信号被滤除而保留上变频信号。

[0083] 当然，实际应用中，单通道式调制模块340还可以包括更多的元件。考虑到水下环境非常复杂，回波信号在水下传播时可能会受到明显的衰减，进而给后续对回波信号的调
制及ADC采样带来诸多不良影响，有鉴于此，可选地，单通道式调制模块340还可以包括第一
放大器343，第一放大器343的输入端与输入模块310的输出端连接，第一放大器343的输出
端与乘法器341的输入端连接。可以理解的是，通过在输入模块310与单通道式调制模块340
的乘法器341之间设置第一放大器343，可以对输入到乘法器341中的回波信号进行放大处
理，可以避免回波信号的衰减对后续回波信号的调制及ADC采样带来诸多不良影响的问题，
进一步提高ADC的采样质量。

[0084] 显然，本说明书实施例的宽带多波束阵列信号采样装置可以作为上述图1所示的宽带多波束阵列信号采样方法的执行主体，因此能够实现宽带多波束阵列信号采样方法在
图1所实现的功能。由于原理相同，在此不再赘述。

[0085] 上述对本说明书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。

[0086] 总之，以上所述仅为本说明书的较佳实施例而已，并非用于限定本说明书的保护范围。凡在本说明书的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本
说明书的保护范围之内。

[0087] 上述实施例阐明的系统、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。

[0088] 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。

[0089] 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。

[0090] 本说明书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，对于系统实
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。