CN101813761B

CN101813761B - 一种多工作模式水下声信标

Info

Publication number: CN101813761B
Application number: CN 200910102250
Authority: CN
Inventors: 石扬; 郭霖; 何海兴; 薛睿; 朱冬青
Original assignee: JIAXING ZHONGKE ACOUSTICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIAXING ZHONGKE ACOUSTICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-09-10
Filing date: 2009-09-10
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2029-09-10
Also published as: CN101813761A

Abstract

本发明公开了一种多工作模式水下声信标，它可应用水下目标定位与导航的水声设备，是长基线、短基线、超短基线水声定位与导航系统和水下GPS定位系统的重要组成部分。本发明主要包括信号处理板、连接信号处理板的电池、换能器、压力传感器。本发明具有多种工作模式，包括外同步模式、内同步模式、询问应答模式、测试模式。

Description

一种多工作模式水下声信标

技术领域

本发明涉及一种用于水下目标定位与导航的水声设备，尤其涉及一种多工作模式水下声信标。

背景技术

当今，利用声学技术对水下目标实现定位与导航功能是主要的技术手段。按照接收基阵的尺度或应答器基阵的基线长度来分类，水声定位技术可以分为长基线、短基线和超短基线三种水声定位技术。水下声信标可应用于以上三种水声定位技术，在被测载体上安装水下声信标，利用测量水下目标声源到各个阵元间的时延差确定目标的距离，从而实现水下目标的定位与导航功能。

水下声信标是长基线、短基线和超短基线水声定位导航系统的重要组成部分，但以往的水下声信标都采用单一的同步工作方式，使用前需要进行同步处理，使用相对较复杂，系统存在丢失同步信号而不能正常工作的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于水下目标定位和到导航的多工作模式水下声信标。

本发明要解决的是现有水下声信标都采用单一的同步工作方式，使用前需要进行同步处理，使用相对较复杂，存在丢失同步信号而不能正常工作的风险的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

它包括信号处理板、连接在信号处理板上的外部接口、通过外部接口连接到信号处理板上的电池、换能器和压力传感器；信号处理板包括DSP模组、电源管理电路、接收机和D类功放；电源管理电路、接收机、D类功放与DSP模组连接，接收机、D类功放与换能器连接。

本发明的有益效果有：一是具有多工作模式：外同步模式、内同步模式、询问应答模式、测试模式；二是接收外同步脉冲，实现对内部时钟的高精度校准；三是产生内同步及更新日历；四是具有压力开关，实时采集压力数据；五是实时监测电池电压；六是周期发送脉宽固定、具有深度调制的脉冲信号；七是具有预设开始发射及预设停止发射时间功能；八是可与PC机进行串口通信。

附图说明

图1是本发明总体组成框图。

图2是本发明信号处理板组成框图。

图3是本发明电源管理电路组成框图。

图4是本发明接收机组成框图。

图5是本发明D类功放组成框图。

图6是本发明外部接口组成框图。

图7是本发明DSP外围电路图。

图8是本发明电源管理电路图。

图9是本发明ADC、晶振及光耦电路图。

图10是本发明功放电路图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明包括信号处理板1、通过接插件方式连接在信号处理版1上的电池2、换能器3、压力传感器4和外部接口5；信号处理板1包括DSP模组(BF533芯片)6、电源管理电路7、电压采集电路8、接收机9、D类功放10、高精度时钟11及时统接口12。电源管理电路7、电压采集电路8、接收机9、D类功放10、高精度时钟11、时统接口12与DSP模组6连接。接收机9、D类功放10与换能器3连接。

电源管理电路7包括继电器13、二极管14、开关电源A15、开关电源B16、开关电源C17、开关电源D18、开关电源E19；开关电源A15、开关电源B16、开关电源C17、开关电源D18、开关电源E19通过二极管14与继电器13连接。

接收机9包括前级放大20、射随A21、带通滤波器22、后级放大23、射随B24及AD转换器25，前级放大20、射随A21、带通滤波器22、后级放大23、射随B24、AD转换器25依次连接。

D类功放10包括驱动电路26、防双导电路27、功放管28、变压器29、匹配网络30、收发合置开关31，驱动电路26、防双导电路27、功放管28、变压器29、匹配网络30、收发合置开关31依次连接。

外部接口5主要包括4芯接插件A32、4芯接插件B33、4芯接插件C34、12芯接插件35及12芯水密接插件36；电池2通过4芯接插件A32连接到信号处理板1，换能器3通过4芯接插件B33连接到信号处理板1的接收机9和D类功放10。压力传感器4通过4芯接插件C34连接到信号处理板1，信号处理板1通过12芯接插件35与12芯水密接插件36连接，12芯水密接插件36通过水密电缆与外部时统接口12和PC机连接。

电压采集电路8负责采集电池电压；高精度时钟11负责同步模式下的守时；压力传感器4负责采集压力数据。

DSP模组包括U1A、U1B、U1C；DSP模组的功能包括：负责处理接收机接收到的来自换能器的水声信号、并把处理后的数字信号经D类功放输送到换能器；接收时统接口的同步信号，对高精度时钟进行校准，并产生内同步信号和更新日历。

本发明可以通过外部接口5与PC机进行通信，接收PC机下达的控制命令及参数命令；控制命令包括设置工作模式、自检等，参数命令包括设置内同步周期、设置询问信号频率、脉宽、发射信号延时、关门时间等。利用外部接口5还可以对本发明进行充电。

水下声信标在外同步工作模式下，由电池2提供电源，经过继电器13、二极管14、开关电源A15、开关电源B16、开关电源C17、开关电源D18、开关电源E19，分别供给DSP模组(BF533芯片)6、接收机9、D类功放10、高精度时钟11及压力传感器4；外同步信号经过外部接口5输入非门U14，经过U14输出至DSP模组(BF533芯片)6，DSP模组(BF533芯片)6对外同步信号进行处理后产生数字信号，经驱动电路26、防双导电路27、功放管28、变压器29、匹配网络30、收发合置开关31输出至换能器3，数字信号由换能器3转换为声信号，经过水声信道发射出去。

水下声信标在内同步工作模式下，由电池2提供电源，经过继电器13、二极管14、开关电源A15、开关电源B16、开关电源C17、开关电源D18、开关电源E19，分别供给DSP模组(BF533芯片)6、接收机9、D类功放10、高精度时钟11及压力传感器4；上电后预热20分钟，以保证高精度时钟11的精度，DSP模组(BF533芯片)6通过时统接口12对高精度时钟11进行校准，校准后实时更新日历，并判断发射状态，如果声信标处于发射状态，则以内同步周期产生数字信号，经驱动电路26、防双导电路27、功放管28、变压器29、匹配网络30、收发合置开关31输出至换能器3，数字信号由换能器3转换为声信号，经过水声信道发射出去。

水下声信标工作在询问应答模式下，由电池2提供电源，经过继电器13、二极管14、开关电源A15、开关电源B16、开关电源C17、开关电源D18、开关电源E19，分别供给DSP模组(BF533芯片)6、接收机9、D类功放10、高精度时钟11及压力传感器4；水声信号经过换能器3将模拟信号送入接收机9，模拟信号经过前级放大20、射随A21、带通滤波器22、后级放大23、射随B24送入AD转换器25，模拟信号经由AD转换器25转换成数字信号送入DSP模组(BF533芯片)6，DSP模组(BF533芯片)6对该数字信号进行处理，如果为询问信号，DSP模组(BF533芯片)6产生数字信号，经驱动电路26、防双导电路27、功放管28、变压器29、匹配网络30、收发合置开关31输出至换能器3，数字信号由换能器3转换为声信号，经过水声信道发射出去。

水下声信标工作在测试模式下，由电池2提供电源，经过继电器13、二极管14、开关电源A15、开关电源B16、开关电源C17、开关电源D18、开关电源E19，分别供给DSP模组(BF533芯片)6、接收机9、D类功放10、高精度时钟11及压力传感器4；声信标不需要外同步信号、高精度时钟校准及询问信号，以2S周期自主输出数字信号，经驱动电路26、防双导电路27、功放管28、变压器29、匹配网络30、收发合置开关31输出至换能器3，数字信号由换能器3转换为声信号，经过水声信道发射出去。

图7为本发明DSP模组(BF533芯片)6外围电路图。U1A、U1B、U1C为本发明采用ADI公司的Blackfin系列芯片BF533，该芯片具有低功耗、高性能的特点，时钟最高可以达到600MHz的持续工作；U2为看门狗芯片，用于程序跑飞时对DSP芯片的复位；U3为DSP的JTAG调试端口；U4为RS232电平转换芯片，该芯片与DSP的UART端口相连，将UART电平转换为RS232电平，能够实现与PC机通信；U5为DSP电源芯片，该芯片具有耐压高、输出电流大、效率高等特点。

图8为本发明的电源管理电路图，U6为压力传感器及功放驱动电源芯片；U7为功放电源芯片；U8为自制电源模块；U16为接收机电源芯片；这些电源芯片都具有大电流、低压差、电压输入范围大及低噪声等特点。

图9为本发明的ADC、晶振及光耦电路图，U10为高精度时钟的电源芯片，该芯片具有启动电流大、低压差等特点；U11为两路模拟输入的A/D转换芯片MAX144，12bit低功耗的A/D转换芯片，通过SPORT口和DSP相连，采集电池电压及压力传感器数据；U12为高精度时钟，该高精度时钟具有低功耗、快速启动、老化小、低相噪、稳定度高等特点；U14为非门芯片，一方面起驱动信号作用，另一方面起光耦隔离作用；

图10为功率放大电路图，Z2为功放驱动芯片；CR3和CR4为防双导电路；Q3和Q4为功放管；T2为变压器；由以上电路构成功放电路，该电路具有使用简单、转换效率高等特点；U15为接收机电路，改电路具有低功耗、低噪声等特点；U18为AD转换芯片，该芯片选用TI公司的ADS8329，该芯片具有低功耗、16bit、1MHz采样率等特点。

Claims

1.一种多工作模式水下声信标，其特征在于它包括：信号处理板、连接在信号处理板上的外部接口、通过外部接口连接到信号处理板上的电池、换能器和压力传感器；信号处理板包括DSP模组、电源管理电路、接收机和D类功放；电源管理电路、接收机、D类功放与DSP模组连接，接收机、D类功放与换能器连接。

2.根据权利要求1所述的多工作模式水下声信标，其特征在于电源管理电路包括继电器、二极管、开关电源A、开关电源B、开关电源C、开关电源D、开关电源E；开关电源A、开关电源B、开关电源C、开关电源D、开关电源E通过二极管与继电器连接。

3.根据权利要求1所述的多工作模式水下声信标，其特征在于接收机包括前级放大、射随A、带通滤波器、后级放大、射随B及AD转换器，前级放大、射随A、带通滤波器、后级放大、射随B、AD转换器依次连接。

4.根据权利要求1所述的多工作模式水下声信标，其特征在于D类功放包括驱动电路、防双导电路、功放管、变压器、匹配网络、收发合置开关，驱动电路、防双导电路、功放管、变压器、匹配网络、收发合置开关依次连接。

5.根据权利要求1所述的多工作模式水下声信标，其特征在于外部接口主要包括4芯接插件A、4芯接插件B、4芯接插件C、12芯接插件及12芯水密接插件；电池通过4芯接插件A连接到信号处理板，换能器通过4芯接插件B连接到信号处理板的接收机和D类功放，压力传感器通过4芯接插件C连接到信号处理板，信号处理板通过12芯接插件与12芯水密接插件连接。

6.根据权利要求1所述的多工作模式水下声信标，其特征在于信号处理板还包括电压采集电路、高精度时钟及时统接口，电压采集电路、高精度时钟、时统接口与DSP模组连接；电压采集电路负责采集电池电压；高精度时钟负责同步模式下的守时。

7.根据权利要求1或6所述的多工作模式水下声信标，其特征在于DSP模组包括U1A、U1B、U1C；DSP模组的功能包括负责处理接收机接收到的来自换能器的水声信号、并把处理后的数字信号经D类功放输送到换能器，接收时统接口的同步信号，对高精度时钟进行校准，并产生内同步信号和更新日历；U1A、U1B、U1C为ADI公司的Blackfin系列芯片BF533。