CN211698669U - 一种声信标电路系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声信标电路系统，包括DSP处理单元，DSP处理单元分别连接有电源模块、AD转换电路、深度计和DA转换电路，AD转换电路连接有放大缓冲电路，放大缓冲电路连接有带通滤波器，带通滤波器连接有模拟前端放大电路，模拟前端放大电路包括差分放大器，模拟前端放大电路连接有限幅电路，限幅电路连接有收发合置换能器，DA转换电路连接有第二缓冲器，第二缓冲器连接有低通滤波器，低通滤波器连接有数字音频功率放大器，数字音频功率放大器连接有音频变压器，音频变压器连接有匹配隔离模块，匹配隔离模块连接收发合置换能器。深度计采集的待定位的目标物的深度信息会嵌入到水声信号中发送出去，从而使定位距离更加准确。

Description

一种声信标电路系统

技术领域

本实用新型涉及声信标的技术领域，具体来说，涉及一种声信标电路系统。

背景技术

超短基线定位系统的声信标可根据实际需求可以搭载在ROV，无人潜航器，潜水艇等水下作业设备上，为扩大声波探测的角度和范围，一般选用球形结构的水听器。

声信标的物理结构包括本体固定支架和水听器等，声信标通过本体固定支架可方便搭载在各种设备上，并且便于拆卸维护等。水听器为收发合置换能器，可以将处理后的电信号转化为水声信号发射出去，从而实现声特征的模拟功能，水听器由两个压电陶瓷半球、硫化透声橡胶、固定结构等组成，可以全向的接受来自不同方向的声波信号。

其可通过不同时间段内不同电路的控制实行收发合置换能器的声波的发送与接收。

声信标安装在水下设备上，不仅存在物理连接，同时也可以存在电气等控制属性方面的连接。声信标可以与水下设备本体（如ROV）的MCU进行实时通信，使本体设备明确自己相对声基阵或船体的位置坐标，方便进行水下作业。

现有的声信标一般都是仅通过水声信号来定位距离，这种方式由于水声信号定位本身的缺陷极容易导致定位的距离不准确。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种声信标电路系统，增设了深度计等测量深度的传感器，在定位过程中，深度计采集的待定位的目标物的深度信息会嵌入到水声信号中发送出去，从而使定位距离更加准确。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种声信标电路系统，包括DSP处理单元，所述DSP处理单元分别连接有电源模块、AD转换电路、深度计和DA转换电路，所述AD转换电路连接有放大缓冲电路，所述放大缓冲电路包括后级放大器和第一缓冲器，所述放大缓冲电路连接有带通滤波器，所述带通滤波器连接有模拟前端放大电路，所述模拟前端放大电路包括差分放大器，所述模拟前端放大电路连接有限幅电路，所述限幅电路连接有收发合置换能器，所述DA转换电路连接有第二缓冲器，所述第二缓冲器连接有低通滤波器，所述低通滤波器连接有数字音频功率放大器，所述数字音频功率放大器连接有音频变压器，所述音频变压器连接有匹配隔离模块，所述匹配隔离模块包括阻抗匹配电路和收发隔离电路，所述匹配隔离模块连接所述收发合置换能器。

进一步地，所述电源模块包括锂电池组、外部供电接口和供电切换电路。

进一步地，所述带通滤波器为八阶巴特沃斯带通滤波器。

进一步地，所述低通滤波器为二阶贝塞尔低通滤波器。

进一步地，所述DSP处理单元还连接有通信接口。

本实用新型的有益效果：增设了深度计等测量深度的传感器，在定位过程中，深度计采集的待定位的目标物的深度信息会嵌入到水声信号中发送出去，从而使定位距离更加准确。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的原理框图；

图2是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的电路图一；

图3是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的电路图二；

图4是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的电路图三；

图5是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的电路图四；

图6是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的电路图五；

图7是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的电路图六；

图8是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的电路图七；

图9是根据本实用新型实施例所述的声信标电路系统的电路图八。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-9所示，根据本实用新型实施例所述的一种声信标电路系统，包括DSP处理单元，所述DSP处理单元分别连接有电源模块、AD转换电路、深度计和DA转换电路，所述AD转换电路连接有放大缓冲电路，所述放大缓冲电路包括后级放大器和第一缓冲器，所述放大缓冲电路连接有带通滤波器，所述带通滤波器连接有模拟前端放大电路，所述模拟前端放大电路包括差分放大器，所述模拟前端放大电路连接有限幅电路，所述限幅电路连接有收发合置换能器，所述DA转换电路连接有第二缓冲器，所述第二缓冲器连接有低通滤波器，所述低通滤波器连接有数字音频功率放大器，所述数字音频功率放大器连接有音频变压器，所述音频变压器连接有匹配隔离模块，所述匹配隔离模块包括阻抗匹配电路和收发隔离电路，所述匹配隔离模块连接所述收发合置换能器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述电源模块包括锂电池组、外部供电接口和供电切换电路。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述带通滤波器为八阶巴特沃斯带通滤波器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述低通滤波器为二阶贝塞尔低通滤波器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述DSP处理单元还连接有通信接口。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

本实用新型所述的声信标电路系统包括收发合置换能器、限幅电路、模拟前端放大电路、带通滤波器、放大缓冲电路、AD转换电路、DSP处理单元、深度计、电源模块、DA转换电路、低通滤波器、数字音频功率放大器、音频变压器和匹配隔离模块。

限幅电路、模拟前端放大电路、带通滤波器、放大缓冲电路、AD转换电路共同构成声波接收电路，DA转换电路、低通滤波器、数字音频功率放大器和音频变压器共同构成声波发送电路。

限幅电路用于在声波信号经收发合置换能器转换为电信号后对电信号进行放大之前的限幅处理，避免声基阵与声信标距离太近，导致放大之后的电信号较强而高于ADC芯片的采集电压，可有效起到保护后级电路的作用。

模拟前端放大电路包括百倍的差分放大器，模拟前端放大电路用于对经限幅处理后得到正向和负向的微弱电信号经过轨至轨差分运放进行低噪声放大。从而可将微弱电信号不失真的放大数百倍。

带通滤波器采用高性能的八阶巴特沃斯带通滤波器，其可通过配置不同的电阻值，来确定中心频率、起始频率和截止频率，可以扩大频率的带宽，使系统具有较强的抗干扰能力，提高整个系统的定位精度。

放大缓冲电路包括后级放大器和第一缓冲器，后级放大器可将经带通滤波器处理后的电信号放大十倍，第一缓冲器可将放大十倍之后的电信号进行缓冲处理。第一缓冲器包括缓冲放大器，缓冲放大器是1：1的放大器，其并不会放大信号，而是起到阻抗匹配的作用，可减小信号失真，抗干扰。

AD转换电路包括高精度的16位ADC芯片。AD转换电路用于将经放大缓冲电路处理后的模拟信号（即电信号）转化为数字信号后再送至DSP处理单元进行处理。

DSP处理单元具有以下四个作用：1）将经AD转换电路转化成的数字信号进行数字处理；2）发送数字信号给DA转换电路，使DA转换电路输出电信号；3）完成深度信息的解算，并将解算后的数据与经AD转换电路传输来的数字信号进行融合，以实现将深度信息加载至水声信号中的目的；4）通过通信接口与水下设备（如ROV）本体部分进行通讯，为本体部分提供位置信息。

深度计为测量深度的传感器，在定位过程中，深度计采集的待定位的目标物的深度信息会发送给DSP处理单元，DSP处理单元采集到水声信号，并将深度信息嵌入到水声信号中后发送出去，具体的信号嵌入方式属于现有技术，可以将深度信息与水声信号进行叠加即可，使声信标定位距离更加准确。

DA转换电路包括DAC芯片。DA转换电路用于将DSP处理单元发送的数字信号转换为模拟信号后送至低通滤波器。DAC芯片支持16位双极性输出。

低通滤波器为二阶贝塞尔低通滤波器。低通滤波器用于对模拟信号进行滤波处理。贝塞尔（Bessel）低通滤波器被广泛地应用于音频设备中，在音频设备中，必须在不损害频带内多信号的相位关系前提下，消除带外噪声。另外，贝塞尔低通滤波器的阶跃响应很快，并且没有过冲或振铃，这使它在作为音频DAC输出端的平滑滤波器是一种出色的选择。

大功率的数字音频功率放大器采用D类功率放大器（简称D类功放）作为核心部件，外加电源模块、外壳、信号、电源接线等，具有体积小、电压范围宽、功率大、失真率低等特点，音效媲美模拟音频功率放大器。数字音频功率放大器的核心部件采用PWM（脉宽调制）工作方式，体积小巧，可靠性高，功能齐全。数字音频功率放大器用于放大经滤波处理后的电信号。

音频变压器是工作在音频范围的变压器，又称低频变压器。工作频率范围一般从10～20000Hz。音频变压器用于变换负载的阻抗。

匹配隔离模块包括阻抗匹配电路和收发隔离电路，阻抗匹配电路用于后端与收发合置换能器的阻抗匹配，收发隔离电路用于将声波接收电路与声波发送电路进行隔离处理，避免收发合置换能器接收到的水声信号直接进入声波发送电路，影响整个系统的稳定性。

电源模块包括锂电池组、外部供电接口和供电切换电路。锂电池组和外部供电接口均通过供电切换电路连接DSP处理单元。锂电池组可以独立使用，方便搭载在任何可移动的需要水下作业的设备上。同时又预留有外部供电接口，方便主设备为声信标提供电力资源，通过供电切换电路可在两种方式均可提供电源的时候优先外部供电，锂电池组自动断电。这样做的目的有两个好处：1）本体设备（如：ROV）线缆损坏、电力系统出现问题，锂电池组可为声信标单独供电并加载报警信息，避免设备二次伤害。2）采用外部供电，可以提高声信标的续航时间，同时也可以在一定程度上减小电池尺寸。

具体使用时，声信标上电后，处以等待触发信号阶段，当船底的声基阵发射的特定频率的声波被声信标接受后，经过声波接收电路处理，DSP处理单元会通过声波发送电路返回一个不同频率的声波信号，该声波信号就会被船底的成一定规律摆放的接受声波的声头接收到，声基阵再通过不同声头接收到的信息的差异进行初步计算。

综上，借助于本实用新型的上述技术方案，声信标也会自主地定期地发送一定频率的声波信号，可避免水域情况的复杂导致声信长时间无法接受到声基阵发射的声波信号的情况发生，可做到及时报告自己的位置，防止水下声信标和本体设备长时间无法与船体主控设备进行通信；在声信标中外加深度计等测量深度的传感器，在定位过程中，深度计采集的待定位的目标物的深度信息会发送给DSP处理单元，DSP处理单元采集水声信号，并将深度信息嵌入到水声信号中后发送出去，使声信标定位距离更加准确。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种声信标电路系统，包括DSP处理单元，其特征在于，所述DSP处理单元分别连接有电源模块、AD转换电路、深度计和DA转换电路，所述AD转换电路连接有放大缓冲电路，所述放大缓冲电路包括后级放大器和第一缓冲器，所述放大缓冲电路连接有带通滤波器，所述带通滤波器连接有模拟前端放大电路，所述模拟前端放大电路包括差分放大器，所述模拟前端放大电路连接有限幅电路，所述限幅电路连接有收发合置换能器，所述DA转换电路连接有第二缓冲器，所述第二缓冲器连接有低通滤波器，所述低通滤波器连接有数字音频功率放大器，所述数字音频功率放大器连接有音频变压器，所述音频变压器连接有匹配隔离模块，所述匹配隔离模块包括阻抗匹配电路和收发隔离电路，所述匹配隔离模块连接所述收发合置换能器。

2.根据权利要求1所述的声信标电路系统，其特征在于，所述电源模块包括锂电池组、外部供电接口和供电切换电路。

3.根据权利要求1所述的声信标电路系统，其特征在于，所述带通滤波器为八阶巴特沃斯带通滤波器。

4.根据权利要求1所述的声信标电路系统，其特征在于，所述低通滤波器为二阶贝塞尔低通滤波器。

5.根据权利要求1所述的声信标电路系统，其特征在于，所述DSP处理单元还连接有通信接口。

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