CN1055425A

CN1055425A - 抗强噪声水层深度遥测装置

Info

Publication number: CN1055425A
Application number: CN 90110373
Authority: CN
Inventors: 傅仰大; 粘宝卿
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 1990-12-31
Filing date: 1990-12-31
Publication date: 1991-10-16
Also published as: CN1018768B

Abstract

本发明涉及一种水层深度测量装置，它提供一种抗强噪声干扰的水层深度遥测装置，包括发射器和接收机。采用V-T线性变换电路，若干个有方向性的发射换能器，采用数字电路运算方法实现关键的 F-T线性转换，获取转换精度高、参数稳定的PPM 数字信号，并采用数字选频滤波最佳接收方法，所以不仅可单独作为测深仪器使用，或直接配合其他海洋仪器与设备使用，还可作为订正仪器；可进行单层或多层的测量，精度高，通用性强。

Description

本发明涉及一种水层深度测量装置。

现有的具有测定水层深度性能的海洋仪器，均属自容式或有线传输的结构，其测深性能仅限于在使用该仪器时，作为测定自身仪器所处水层深度使用。

美国专利US4，315，325公开一种回波距装置，它通过输入脉冲与一随时间变化的门限电压进行比较来完成鉴别。门限电压是依照发射回波信号在它的通道中传输所预知的衰减而变化的。

US4，757，481号专利提出一种采用声纳方法探测船只前头的海水深度，设有无线电控制装置和发射、接收装置。

US4，439，845号专利提供一种用于准确鉴别某一共振物体目标（例如水雷）的声纳系统，发射器发出两种不同频率的声信号，接收到的声反射波被分离（分解）成两个频率分量，经检测和差值放大后的高于阀值的信号表征其共鸣物体目标，最后给予显示或记录。

EP0，010，331号专利提出一种测定海底输油管和电缆位置的方法和手段。设有海上脉冲发射器、检测器、接收信号处理电路和记录、显示机构。

已有的自容式水下测量仪器，不能达到实时测量的目的。例如日本（株）鹤见精机公司的T·S-STD-5型温盐深测量仪，加拿大实用微系统公司的CTD-12型温深电导记录仪，青岛仪器仪表研究所的HWJ_1-2型深度温度计以及美国IO系统公司的590型自容式数字记录资料收集装置。

能达到实时测量的均采用水下电缆传输或空中射频传输，且其测深性能只限于在使用该仪器时作为测定自身仪器所处的深度。例如美国尼尔布朗仪器公司的MARKⅢ温深电导测量装置，日本富士工业株式会社的400型温盐深电导测量仪以及英国N.B.A（控制）公司的TDS-7型温盐深测量装置等。

本发明的目的在于提供一套抗强噪声干扰的水层深度遥测装置，可用于条件复杂的近海、浅海区遥测水下仪器、设备或物体所处水层深度的实时、准确测量。既可用于单层水深测量，也可用于同时测量多层水深。

本装置由发射器和接收机组成。

发射器包括传感器、转换电路、发射换能器和电源等部件。传感器采用应变式压力传感器。转换电路采用V-T线性变换电路，经放大和调制振荡电路后加入若干个有方向性的发射换能器。

接收机包括接收换能器、信息检测与处理电路、数字显示装置和电源等部件。信息检测与处理电路包括宽带放大电路、限幅整形电路、分频器、选频滤波网络、时钟信号发生器、选频信号产生器和信号包络检测器。

V-T线性变换电路由V-F变换电路和F-T变换电路组成。精密的电压-频率变换器（VFC）由集成器件LM 331实现。F-T变换器由晶体振荡器、与门、门控单元、计数器、寄存器和数值比较器等组成。与门（一）与V-F变换电路的输出端连接。晶体振荡器输出的时钟脉冲信号送与门（二）、（三），门控单元的高电位输出和与门（一）、（二）的输入端连接;低电位输出和与门（三）的输入端连接。与门（一）的输出端与寄存器连接，寄存器的数值送数值比较器。与门（二）的输出端与计数器（一）连接，计数器（一）的输出进入门控单元。与门（三）的输出端与计数器（二）连接，计数器（二）的输出送数值比较器。数值比较器输出的脉冲信号（f）送至门控单元、寄存器、计数器（二）和放大调制电路。

接收机部分的信息检测与处理电路的宽带放大器输出端与限幅整形电路连接，限幅整形信号送2分频电路。选频时钟信号发生器的输出和2分频电路的输出一起输入数字选频滤波器（1），2分频电路的输出同时送选频信号发生器。选频信号产生器的输出送数字选频滤波器（1）和（2），选频滤波器（1）的输出也送至选频滤波器（2），选频滤波器（2）的输出送信号包括络检测器。

本发明的水下发射器采用由精密的V-F变换电路和F-T变换电路组成的V-T变换电路，获得转换精度高，参数稳定的PPM数字信号，使得本发明不仅可单独作为水下测深仪器使用，或直接配合其他海洋仪器与设备使用，还可做为订正仪器使用，具有广泛的通用性。由于采用数字选频滤波最佳接收法，因此具有抗强噪声干扰的特性，装置可在走航条件下稳定工作。根据发射和接收电路具有的优良特性，装置采用PPM-ASK、频分多路的传输方式，即每套装置配有多个信息发射器，既可进行单层测量，也可同时进行多层的测量。同时具有测量准确，接收灵敏度高，实时测量等优点。

图1为发射器的电原理图。

图2（a）和（b）为接收机的电原理方框图。

图3为数字选频滤波接收电路图。

图4为数字选频滤波电路各级波形图。

以下结合附图给出本发明的实施例。

本装置包括发射器和接收机。如图1所示，发射器包括传感器〔1〕、转换电路、放大调制电路、发射换能器和电源等。传感器采用应变式压力传感器。转换电路采用V-T线性变换电路，由V-F变换电路和F-T变换电路组成。压力传感器的输出信号送至V-F变换电路的输入端，集成电路IC₁（LM 331）完成精密的V-F变换，其输出经IC₁₁的整形后送IC₂的与门（一）（8、9脚）。F-T变换电路由晶体振荡器、与门（一）、与门（二）、与门（三）、门控单元、计数器（一）、计数器（二）、寄存器和数值比较器等组成。晶体振荡器IC₄输出的时钟脉冲信号（CP）送至IC₂的与门（二）（5、6脚）和与门（三）（12、13脚）。门控单元IC₅的高电位输出Q和与门（一）、（二）的输入端连接;低电位输出 Q和与门（三）的输入端连接。与门（一）的输出端（10脚）与寄存器IC₃连接，寄存器的数值送数值比较器IC₈、₉、₁₀。与门（二）的输出端（4脚）与计数器（一）IC₆连接，计数器（一）的输出送门控单元IC₅。与门（三）的输出端（11脚）与计数器（二）IC₇连接，计数器（二）的输出送数值比较器IC₈、₉、₁₀。数值比较器输出的脉冲信号（f）经IC₁₁整形送至门控单元IC₅、计数器（二）、寄存器IC₃和放大调制电路。放大调制电路包括跟随器T₁、振荡调制电路T₂和功放电路T₃、₄。功率输出信号直接加于发射换能器Z₁。发射换能器可以多个。

接收机包括接收换能器Z₂、信息检测与处理电路、数字显示装置和电源等。信息检测与处理电路包括宽带放大电路〔2〕、限幅整形电路〔3〕、分频器〔4〕、选频滤波网络〔5、6〕、时钟信号发生器〔7〕、选频信号产生器〔8〕和ASK信号包括检测器〔9〕，如图2（a）、（b）和图3、4所示。接收换能器Z₂的输出接宽带放大电路，宽带放大电路的输出信号（a）经由与门组成（IC₁₆的5、6、4端组成的与门一〔10〕和1、2、3端组成的与门二〔11〕）的限幅整形电路和2分频触发器（由IC₁₅的1/2双D触发器4013组成，3端输入，1端输出）后，与时钟信号（C）一起送入选频滤波器〔5〕，同时也送入选频信号产生器〔8〕。选频滤波器〔5〕和选频信号产生器〔8〕的输出信号（g）和（h）送入选频滤波器〔6〕，把仍包括有噪声信号再次进行选频滤波，滤波后的信号（i）送ASK信号包络检测器〔9〕。

宽带放大器由四级晶体管放大器（T_5-8）组成。选频滤波器〔5〕由IC₁₆、₁₄、₁₂、₁₇、₁₉组成，通过计算包括噪声在内的每个信号周期时间，来确定输入信号的频率，而后把有用的已知ASK载频信号检测出来，并对无用信号进行滤波。其过程是通过与门三〔13〕用信号（b）调制时钟信号（C），再把受调信号（d）输入计数器〔14〕。计数器〔14〕的输出端Q_1-6分别加在与门四〔15〕、与门五〔16〕、4-6译码器〔20〕及与门六〔17〕上。计数器每计完输入信号一周期内的时钟数后，其计算结果由计数器和译码器输出，其输出线的连接是根据所要求选出的已知频带设计的。当计数结果表明输入信号的频率是落在要求选出的频带时，则该选出线即以高电位输出，否则即以O电位输出。高电位输出的持续时间为该频率的周期。当然在计数过程中，各输出线可能会有输出，即当输入信号或噪声的频率低于该选出线的要求频率时，该线会有输出，或者与门三长期处于开启状态时，输出线均会有输出，但一切非选频的输出均是窄脉冲的输出，其脉宽仅为时钟信号（C）的周期T_n＝1μS。加于计数器〔14〕的信号（e）是由信号（b）的每个方波下降沿延迟〔21〕后的脉冲信号，其延迟时间Te略小于该输入信号（b）的周期而大于Tn，其作用是把计数器每计完一次输入信号周期的时钟数后，在下一次开始计数前，把计数结果检出，使计数器和译码器复原。这时，若输入信号为要求选出的信号时，即该选出线的输出（g）是脉冲宽度为τe的脉冲信号，而噪声信号的输出仍是宽度为Tn的脉冲信号，τe＞Tn。通过琴键开关S₂的信号（g）和信号（h）送入选频滤波器〔6〕，把仍包括有噪声和有用信号的（g）信号，再次进行选频滤波，达到滤去噪声的目的，并进行ASK信号的包络检测。信号（h）是由方波信号（b）下降沿延迟〔22〕τh的脉冲信号，τh应满足Tn＜τh＜τe，与门七〔18〕的输出只有被选出的有用信号，输出信号再与信号（j）加到与门八〔19〕。（j）信号是按已知ASK信号码元宽度为基准脉宽的脉冲信号，它控制选出信号在ASK信号的宽度内进行数字包络计算，相当于数字包络检波，输出信号再送入计数器〔26〕进行包络检测后的累加比较判决，判决是相对某一设计的比较值进行。最后的输出信号（1）恢复成原发射的PPM脉冲列信号，以使送入后接的电路进行信息处理以及数据显示及打印〔27〕。其〔23〕、〔24〕和〔25〕均为单稳触发器。〔12〕是时钟信号发生器〔7〕的分频电路。

如图4所示，时钟信号发生器是由4MC的晶体通过集成器件74LSO4〔IC₂₂〕产生的信号再经分频，1端输出。与门三由IC₁₇（4081）的5、6和4端组成。1/2的双4位二进制同步加法计数器4520〔IC₂₀〕完成1/4分频，12端输出。计数器〔14〕由7位二进制计数器4024〔IC₁₄〕完成，其Q₁～Q₅的输出分别为12、11、9、6、5输出端。4-16译码器4514〔IC₁₂〕对应IC₁₄的Q₅、Q₄、Q₃、Q₂的输出，1010、1011、1101、1111、0001其输出端为20、19、13、15、9端。单稳延迟〔21〕、〔22〕均采用1/2的双单稳触发器4528〔IC₁₃〕，输出端分别为5、7端和9、11端。与门四、五、六选用4081〔IC₁₇〕，输入端分别为12、13，1、2，8、9;输出端分别为11、3和10。与门七、八选用4081〔IC₁₉〕，输入端分别为5、6和1、2;输出端分别为4和3。计数器〔26〕由1/2的4520〔IC₂₀〕完成，1端输入，5端输出。单稳触发器〔23、24〕由1/2的4528〔IC₁₈〕完成，输入端分别为4和12;输出端分别为5、7和9、11。单稳稳发器〔25〕由1/24528〔IC₂₁〕完成，输入端为12，输出端为9、11。信息处理、数据显示及打印为已有的设备。

Claims

1、一种水层深度遥测装置，由发射器和接收机组成，发射器包括传感器、转换电路、发射换能器和电源，接收机包括接收换能器、信息检测与处理电路、数字显示装置和电源等，其特征在于：(1)、所说的发射器转换电路采用V-T线性变换电路，由V-F变换电路和F-T变换电路组成，V-F变换电路由集成器件LM331实现，F-T变换器由晶体振荡器、与门、门控单元、计数器、寄存器和数值比较器组成，与门设与门(一)、(二)、(三)，与门(一)与V-F变换电路的输出端连接，晶体振荡器输出的时钟脉冲信号送与门(二)、(三)，门控单元的高电位输出和与门(一)、(二)的输入端连接，低电位输出和与门(三)的输入端连接，与门(一)的输出端与寄存器连接，寄存器的数值送数值比较器，与门(二)的输出端与计数器(一)连接，计数器(一)的输出进入门控单元，与门(三)的输出端与计数器(二)连接，计数器(二)的输出送数值比较器，数值比较器输出的脉冲信号送至门控单元、寄存器、计数器(二)和放大调制电路；(2)、所说的接收机信息检测与处理电路包括宽带放大电路、限幅整形电路、分频器、选频滤波网络、时钟信号发生器、选频信号产生器和信号包络检测器，宽带放大电路输出端与限幅整形电路连接，限幅整形信号送2分频电路，选频时钟信号发生器的输出和2分频电路的输出一起输入数字选频滤波器(1)，2分频电路的输出同时送选频信号产生器，选频信号产生器的输出送数字选频滤波器(1)和(2)，选频滤波器(1)的输出也送至选频滤波器(2)，选频滤波器(2)的输出送信号包络检测器。

2、如权利要求1所述的水层深度遥测装置，其特征在于转换电路输出经放大和调制振荡电路后加入若干个有方向性的发射换能器。