CN115856761A - 一种适用于海上平台的信标系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于海上平台的信标系统，包括：水下同步信标、同步控制设备和外置电源，同步控制设备和外置电源设于海上平台上，同步控制设备包括卫星接收模块和同步控制电路，用于信标同步控制；水下同步信标与同步控制设备通信连接，水下同步信标包括：信号发射模块、储能电路和信号检测处理电路，储能电路一端与电源连接，另一端与水下同步信标的信标发射单元连接，用于为信标发射信号提供能量；信号检测处理电路用于监听判别信标发射信号是否正常功能；该信标系统采用外置电源+储能电路的方式，可有效增强信标系统的长时间工作能力，同时，实现了对信标发射信号自动监听判别，确保水下信标能长期可靠地工作。
Description
技术领域
本发明涉及水下声学跟踪定位技术领域，具体涉及一种水下航行体无线同步方法。
背景技术
声信标是一种方便安装在水下目标上的声源，通过接收外部声触发信号(也可电信号触发)或者由内部高精度时钟同步触发，发射设定的声脉冲信号。声信标是构成水声定位系统的重要组成部分。
目前，信标对于海上平台的实用性较差，主要存在如下几个方面的不足：
a)长时间工作能力不足：涉及供电能力不足和长时间同步保持能力不足。当前信标供电多采用自带电池方式进行供电，不适用于长时间工作场景，另外信标同步功能靠使用前完成同步，工作过程靠内部高稳定性原子钟保持同步，但随工作时间增加，同步误差会累积，长时间后同步精度不满足要求。
b)功能不足：信标的信号制式所携带信息不足和缺少闭环自检功能。
发明内容
针对上述问题，发明人提供了一种适用于海上平台的信标系统，增强了信标系统的长时间工作能力，实现了自动监听判别信标发射信号的自检。
本发明提供了一种适用于海上平台的信标系统，包括：
水下同步信标；
同步控制设备，设于海上平台上，包括卫星接收模块和同步控制电路，所述同步控制设备用于信标同步控制；
外置电源，设于海上平台上，用于为所述信标系统供电；
所述水下同步信标与同步控制设备通信连接，所述水下同步信标包括：信号发射模块、储能电路和信号检测处理电路，所述储能电路一端与外置电源连接，另一端与水下同步信标的信标发射单元连接，用于为信标发射信号提供能量；
所述信号发射模块用于发出信标发射信号，所述信标发射信号包括工作信号及短脉宽自检信号；
所述信号检测处理电路用于监听判别信标发射信号是否正常。
进一步地，所述储能电路包括：
第一限流电阻；
预上电电路，一端与第一限流电阻连接，另一端与信标发射单元连接；
储能电容；
第二限流电阻，与预上电电路并联，其一端与第一限流电阻连接，另一端与储能电容连接；
上电瞬间，所述预上电电路处于断开状态，储能电容充电；当储能电容充满电后，预上电电路闭合。
进一步地，所述信号检测处理电路包括：
自检水听器，用于接收水下同步信标发射的信标发射信号，并将信标发射信号转换成电信号；
信号调理采集电路，用于接收自检水听器输出的电信号，并进行放大滤波处理，并完成模数转换；
信号检测处理模块，用于完成信号调理采集电路输出的数字信号滤波和包络检波处理，并从中提取出水下同步信标发出的短脉宽自检信号，判断该信号是否正常，从而判断水下同步信标工作是否正常。
进一步地，所述同步控制设备与水下同步信标之间通过若干个光端机进行桥接。
进一步地，所述水下同步信标外套有防护罩。
相比现有技术，本发明的有益效果：
(1)本发明通过设置储能电路，降低了信标上电瞬间和发射信号期间的瞬时功率，可有效增强信标系统的长时间工作能力。
(2)利用信号检测处理电路实现了闭环自检，自动监听判别信标发射信号是否正常功能，确保水下信标能长期可靠地工作。
附图说明
图1为实施例1中的信标系统的系统框图；
图2为实施例1中的信标系统实施图；
图3为实施例1中的信标系统的数据流；
图4为实施例1中的同步控制设备的框架图；
图5为实施例1中的同步信标的框架图；
图6为实施例1中的储能电路的原理图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
如图1-2所示，本发明提供了一种适用于海上平台的信标系统，包括：中控设备、同步控制设备、2套485光端主机、2套485光端从机、AD-DC电源、2套水下同步信标，其中，中控设备、同步控制设备、485光端主机、485光端从机和AD-DC电源均作为干端，设于海上平台上，水下同步信标作为湿端，布置于水下。
该信标系统采用多进制频移键控调制信号制式(MFSK)，将每个信标编号加载到信号制式中，多进制由信标工作频带宽度和抗多普勒频偏范围来决定，而信息量由码元最小宽度Δt、信号脉冲宽度t和多进制来决定。
中控设备由计算机硬件和运行于上的同步信标中控软件组成。同步控制设备由GPS接收模块及天线、同步接口电路、同步控制电路和运行于同步控制电路上的同步控制软件组成，用于水下同步信标的控制。中控设备与同步控制设备通过RS232通讯连接。
水下同步信标的结构件全部选用双目不锈钢(S32750)材料进行加工，在其外部可拆卸连接有防护罩，以增强水下同步信标的防腐蚀能力，具有防海生物附着和防撞的作用。防护罩拆装简单，可视海生物附着情况进行定期或不定期更换，有效保障了信标长时间工作于海上平台的能力。
水下同步信标内置有储能电路、同步信号产生电路、供电及结构电路、信号检测处理电路、信号驱动电路、功率放大电路、深度传感器、温度传感器和发射换能器。
GPS接收模块及天线接收的GPS信号后，由步控制设备生成同步秒脉冲数据，并经过485光端主机和485光端从机后发送到水下同步信标，水下同步信标生成同步信号，经过功率放大后由发射换能器进行电声转换，并发出同步信标水声信号。
由于水下同步信标的电源从原有的内置电源改为了AD-DC电源的外部供电，由于海上信标放置于水下，而供电端通常在水上平台上，两者距离会比较远，因此，水下同步信标与同步控制设备为RS485通讯连接，通过485光端主机和485光端从机进行桥接，以实现更远距离、抗干扰能力更强的实时同步与控制，传输路径上设备引入的时延为固定值，可在研制阶段通过标定方式进行修正，通过下载延时参数的方式进行消除抵消。同时，为了降低供电长缆上的供电损耗和供电电缆的要求，在满足信标声源级以及脉宽指标条件下，需要降低湖试信标的瞬时功率，因此，水下同步信标上配置了储能电路。如图6所示，储能电路包括：第一限流电阻、预上电电路、储能电容和第二限流电阻，第一限流电阻与供电端连接，预上电电路一端与第一限流电阻连接，另一端与信标发射单元连接；第二限流电阻与预上电电路并联，其一端与第一限流电阻连接，另一端与储能电容连接。上电瞬间，预上电电路处于断开状态，电源通过第一限流电阻和第二限流电阻给信标储能电容充电，因此上电瞬间的供电电流得到限制，当储能电容充满电后，预上电电路闭合，在满足信标声源级以及脉宽指标条件下，增加储能电容容量，使得发射信号期间的功率主要由储能电容提供，从而减小了发射信号时供电电源的电流，当信号发射结束后，供电电源再通过第一限流电阻给储能电容充电，从而实现了降低信标工作过程中的瞬时功率。
信号检测处理电路包括自检水听器、信号调理采集电路和信号检测处理模块，其中，信号调理采集电路包括前放电路、带通滤波电路、放大电路和采集电路，信号检测处理模块由FIR滤波器、取模运算、检波处理等组成。自检水听器接收到水下同步信标发射的水声信号，并将水声信号转换成电信号，输出给信号调理采集电路，信号调理采集电路对其进行放大滤波处理，完成模数转换，随后在输送给信号检测处理模块进行检测，判断信标发射信号是否正常。
具体地，当信标发射信号时，信标的接收电路会受电干扰而收到信标信号，为了避开电信号干扰，需要将发射脉冲信号的时刻与接收信号时刻错开，信标正常发射信号不满足自检信号要求，因此需要另外设计一组脉冲宽度很短的自检信号，使得发射信号与接收信号的时间完全错开，例如发射换能器与接收水听器之间距离为L，则发射脉宽t不能超过L/c，c为水中声速，自检过程是信标系统定期发射自检脉冲信号后，经过时间L/c后开始处理接收通道的接收信号，通过取模运算得到自检脉冲信号幅值，当自检脉冲信号幅值满足要求说明信标发射信号正常，否则认为信标发射出现故障。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (5)
1.一种适用于海上平台的信标系统，包括：水下同步信标，其特征在于，还包括：
同步控制设备，设于海上平台上，包括卫星接收模块和同步控制电路，所述同步控制设备用于信标同步控制；
外置电源，设于海上平台上，用于为所述信标系统供电；
所述水下同步信标与同步控制设备通信连接，所述水下同步信标包括：信号发射模块、储能电路和信号检测处理电路，所述储能电路一端与外置电源连接，另一端与水下同步信标的信标发射单元连接，用于为信标发射信号提供能量；
所述信号发射模块用于发出信标发射信号，所述信标发射信号包括工作信号及短脉宽自检信号；
所述信号检测处理电路用于监听判别信标发射信号是否正常。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储能电路包括：
第一限流电阻；
预上电电路，一端与第一限流电阻连接，另一端与信标发射单元连接；
储能电容；
第二限流电阻，与预上电电路并联，其一端与第一限流电阻连接，另一端与储能电容连接；
上电瞬间，所述预上电电路处于断开状态，储能电容充电；当储能电容充满电后，预上电电路闭合。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信号检测处理电路包括：
自检水听器，用于接收水下同步信标发射的信标发射信号，并将信标发射信号转换成电信号；
信号调理采集电路，用于接收自检水听器输出的电信号，并进行放大滤波处理，并完成模数转换；
信号检测处理模块，用于完成信号调理采集电路输出的数字信号滤波和包络检波处理，并从中提取出水下同步信标发出的短脉宽自检信号，判断该信号是否正常，从而判断水下同步信标工作是否正常。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述同步控制设备与水下同步信标之间通过若干个光端机进行桥接。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水下同步信标外套有防护罩。
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| CN202211418795.9A CN115856761A (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种适用于海上平台的信标系统 |
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| CN202211418795.9A Pending CN115856761A (zh) | 2022-11-14 | 2022-11-14 | 一种适用于海上平台的信标系统 |
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2022
- 2022-11-14 CN CN202211418795.9A patent/CN115856761A/zh active Pending
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