CN221056646U - 用于增加同步信标待机时长的系统及同步信标系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于增加同步信标待机时长的系统及同步信标系统，用于增加同步信标待机时长的系统包括：入水检测模块，入水检测模块包括自举电路和入水检测电路，用于检测同步信标是否入水；当同步信标待机时，入水检测电路向自举电路输出低电平，自举电路处于断开状态；当入水检测电路检测到同步信标入水后，入水检测电路向自举电路输出高电平，自举电路闭合，为同步信标内无需待机工作的单元上电；该系统通过检测同步信标是否入水，利用自举电路进行通断控制，在不更改现有同步信标核心部件的情况下，使其具备长时间高精度守时功能，使同步信标可以在上电和同步操作完成后待机数天依然能直接投入试验，从而满足更多试验场景下的使用需求。

Description

用于增加同步信标待机时长的系统及同步信标系统

技术领域

本实用新型涉及同步信标技术领域，具体涉及一种用于增加同步信标待机时长的系统及同步信标系统。

背景技术

在水下声学定位技术领域，水下声学定位方法可分为同步定位方法和非同步定位方法，两种方法对应使用的声示位信标分别是同步声示位信标和非同步声示位信标。同步定位方法因其方便实施、算法简单、定位精度高等优点而得到广泛的应用，因此在开展水下航行体的试验时，为了更好地完成水下航行体跟踪定位，通常在水下航行体上安装同步声示位信标。

目前同步声示位信标种类很多，但设计时均没有考虑长时间待机需求，均没有采取低功耗待机设计和长时间高精度守时设计，因此均不具备长时间待机工作的能力。当前同步声示位信标的使用方法都是在水下航行体临近投入试验时才对其进行上电和同步操作，若同步声示位信标待机时间较长还未开展试验，需要对信标下电并重新上电和同步，有时甚至需要重新补充电后才可再次投入试验。另外在一些特殊的试验环境下，需要提前完成同步声示位信标的上电和同步操作，让同步声示位信标处于长时间待机，并且能随时投入试验。例如某试验需求，对新研同步声示位信标段提出满足待机≮15天和守时精度≤50us的长时间待机要求。

在中国专利CN112363105A中公开了一种长时待机远距离水下强声脉冲信标系统，该信标系统唤醒是通过接收换能器、接收调理电路、接收信号处理电路组成，即：其是在水中进行待机，通过唤醒信号来将水下的信标唤醒。而对于投入试验时才需上电的同步信标来说，其值更方式并不适用。

基于此，需要一种待机数天依然能直接投入试验，满足更多复杂试验场景下的使用需求的同步信标。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种用于增加同步信标待机时长的系统及同步信标系统，在不更改现有同步信标核心部件的情况下，使其具备长时间高精度守时功能，使同步信标可以在上电和同步操作完成后待机数天依然能直接投入试验，从而满足更多复杂试验场景下的使用需求。

根据第一方面，本实用新型提供了一种用于增加同步信标待机时长的系统，包括：

入水检测模块，所述入水检测模块与同步信标的上电控制模块连接，所述入水检测模块包括：

自举电路，与同步信标连接，用于为同步信标内无需待机工作的模块单元上电；

入水检测电路，与自举电路连接，用于检测同步信标是否入水；

当同步信标待机时，所述入水检测电路向自举电路输出低电平，自举电路处于断开状态；

当入水检测电路检测到同步信标入水后，所述入水检测电路向自举电路输出高电平，自举电路闭合，为同步信标内无需待机工作的单元上电。

进一步地，所述入水检测电路包括：三极管V2、二极管V4和三极管V6；

三极管V2的基极与入水检测极连接，集电极通过二极管V4与三极管V6的基极连接，集电极还通过电阻R16接地；

三极管V6的发射极与自举电路连接，发射极还通过电阻R12接地；

当同步信标待机时，入水检测电路的入水检测极与接地极之间为高阻抗，三极管V2、三极管V6不导通，向自举电路输出低电平；

当入水检测电路的入水检测极与接地极之间有水短接后，三极管V2、三极管V6导通，向自举电路输出高电平。

进一步地，所述自举电路包括：继电器K1及电源模块A1，所述继电器K1与电源模块A1、同步信标内置电源和入水检测电路连接。

进一步地，所述入水检测电路的输出端与继电器K1第一引脚连接，该引脚通过一个上拉电阻连接到电源模块A1的输出端，继电器K1的第二引脚、入水检测电路的接地端以及电源模块A1的输出负端连接在一起，同步信标内置电源输出正端与连接继电器K1输出端连接，继电器K1的输出端与电源模块A1的正输入端连接；

入水检测电路输出端为低电平时，继电器K1断开，电源模块A1无输出，当入水检测电路输出端为高电平时，继电器K1闭合，电源模块A1正常输出，其输出端连接继电器K1的输入控制端，从而保持供电正常。

根据第二方面，本实用新型还提供了一种同步信标系统，包括：同步时钟模块及如上所述的用于增加同步信标待机时长的系统，所述同步时钟模块用于对同步信标进行同步授时；所述同步时钟模块包括：

铷原子钟；

微处理器，与铷原子钟连接；

卫星接收模块，与卫星天线连接，用于获取卫星信号；

FPGA，分别与铷原子钟、微处理器和卫星接收模块连接；

同步时钟模块工作分为驯服工作阶段和守时工作阶段，驯服工作阶段时，卫星接收模块接收卫星有效，能提供稳定点的参考时钟源，微控制器实时记录驯服的时间、铷原子钟频率、温度等数据，自动提取出铷原子钟的温度、频率漂移特性，采用分段线性拟合方式获得频率漂移和温度漂移特性曲线。当卫星接收模块收星无效后，进入守时工作阶段，同步时钟模块根据频率、温度漂移特性曲线自动分开补偿，从而获得高精度守时能力，满足同步信标长时间待机的同步守时需求。

工作原理：

当同步信标待机时，入水检测电路的入水检测极WATER与接地极之间为高阻抗，三极管V2、极管V6不导通，向自举电路输出低电平，此时继电器K1断开，A_+28VCC网络不供电，电源模块A1也没有输出，同步信标中无需待机工作的模块单元处于断电状态(非工作状态)。

当入水检测电路的入水检测极与接地极之间有水短接后，其电阻一般在几十千欧姆范围，三极管V2、三极管V6导通，向自举电路输出高电平，此时继电器K1闭合，A_+28VCC网络供电，电源模块A1正常输出，其输出端连接继电器K1的输入控制端，上拉电阻R27完成继电器K1的闭合状态锁定，从而保持供电正常。

相比现有技术，本实用新型的有益效果：

本实用新型提供的用于增加同步信标待机时长的系统，通过入水检测模块结合自举电路来控制同步信标中无需待机工作模块的上电，当检测到入水信号后才给同步信标的其它非待机功能模块上电，从而满足同步信标最小功耗待机设计需求。该系统在不更改同步信标核心组部件的情况下。可极大地降低同步信标的待机功耗。

附图说明

图1为实施例1中的同步信标系统框图；

图2为实施例1中的同步时钟模块原理图；

图3为实施例1中的入水检测电路原理图；

图4为实施例1中的自举电路原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种同步信标系统，包括：同步时钟模块、入水检测模块、上电控制模块、信号产生模块、深度检测模块及功率放大模块，其中，信号产生模块、深度检测模块及功率放大模块为同步信标核心部件，用于实现信标深度检测、信号生成等功能。同步时钟模块包括：铷原子钟、微处理器(MCU)、卫星接收模块、FPGA和温度传感器，其中，铷原子钟为频率源；卫星接收模块与卫星天线连接，用于获取卫星信号；温度传感器用于获取铷原子钟的温度，微处理器用于实时记录驯服的时间、铷原子钟频率、温度等数据；FPGA分别与铷原子钟、微处理器和卫星接收模块连接。FPGA1pps和10M时钟输出用于给同步信标提供同步时钟。该同步时钟模块选择高精度高稳定性的铷原子钟作为频率源，以该铷原子钟的漂移老化、温度变化特性等影响因素为基础，通过驯服铷原子钟来减少老化漂移、环境因素等对频率源的影响，从而达到长时间高精度守时的要求。

具体地，同步时钟模块工作分为驯服工作阶段和守时工作阶段，驯服工作阶段时，卫星接收模块接收卫星有效，能提供稳定点的参考时钟源，微控制器实时记录驯服的时间、铷原子钟频率、温度等数据，自动提取出铷原子钟的温度、频率漂移特性，采用分段线性拟合方式获得频率漂移和温度漂移特性曲线。当卫星接收模块收星无效后，进入守时工作阶段，同步时钟模块根据频率、温度漂移特性曲线自动分开补偿，从而获得高精度守时能力，满足同步信标长时间待机的同步守时需求。

入水检测模块与上电控制模块连接，其包括自举电路和入水检测电路，如图3所示，入水检测电路包括：三极管V2、二极管V4和三极管V6，三极管V2的基极与入水检测极WATER连接，集电极通过二极管V4与三极管V6的基极连接，集电极还通过电阻R16接地。三极管V6的发射极与自举电路连接，发射极还通过电阻R12接地。当同步信标待机时，入水检测电路的入水检测极WATER与接地极之间为高阻抗，三极管V2、极管V6不导通，向自举电路输出低电平。当入水检测电路的入水检测极与接地极之间有水短接后，其电阻一般在几十千欧姆范围，三极管V2、三极管V6导通，向自举电路输出高电平。

如图4所示，自举电路包括：继电器K1及电源模块A1，其中，入水检测电路输出端PowerOnCtrl与继电器K1第一引脚+IN连接，该引脚通过一个120Ω的上拉电阻R27连接到电源模块A1的输出端+5VISO2，继电器K1的第二引脚-IN、入水检测电路的地以及电源模块A1的输出负端连接在一起，网络名均为AGND，同步信标内置电源输出正端网络名为BAT_28_VCC，连接继电器K1输出端OUT+管脚，负端网络名为BAT_GND，连接电源模块A1输入负端-VIN，内置电源正端通过继电器后从继电器K1的OUT-端输出，网络名为A_+28VCC，与电源模块A1的正输入端+VIN连接，入水检测电路输出端PowerOnCtrl为低电平时，继电器K1断开，A_+28VCC网络不供电，电源模块A1也没有输出，当PowerOnCtrl为高电平时，继电器K1闭合，A_+28VCC网络供电，电源模块A1正常输出，其输出端连接继电器K1的输入控制端，上拉电阻R27完成继电器K1的闭合状态锁定，从而保持供电正常，即使入水检测电路断开后也能继续维持继电器K1闭合。同步信标功能模块的下电是在入水短接断开后通过短接PowerOnCtrl和AGND(模拟地线)完成同步信标下电。

具体地，同步信标试验使用步骤如下：

试验前打开同步信标同步孔盖，同步控制设备必须处于可以接收卫星信号的环境下，等待同步控制设备收星有效并完成授时后，通过同步控制电缆连接同步控制设备和同步信标，利用同步控制设备给同步信标中的同步时钟模块和入水检测模块上电并授时，授时完成后断开同步控制电缆，盖上同步孔盖，等待投入试验即可，同步信标可待机时间≮10天，守时精度≯50us，这段时间内，无需进行收星和授时操作。

某些产品安装同步信标后临近开展试验时，依然有条件打开同步信标同步端盖进行操作，在这种情况下时，无需对同步信标内部作任何更改，可以将同步时钟模块作为同步信标保障设备的一部分，具备独立供电和长时间待机功能。试验使用步骤如下：

试验前同步时钟模块必须处于可以接收卫星信号的环境中，等待同步时钟模块收星有效完成授时后，断开收回卫星天线，同步时钟模块能自己供电并且保持高精度守时，此时试验环境不再需要收星环境，长时间待机后，一般要求同步时钟模块可待机时长≮15天，守时精度≯200us，待产品临近投入试验时，再打开同步孔盖，如通过同步控制电缆连接同步控制设备和同步信标，同步时钟模块给同步信标提供高精度的同步信号，利用同步控制设备给同步信标上电和授时，授时完成后断开同步控制电缆，盖上同步孔盖，产品短时间内投入试验即可。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (5)

1.一种用于增加同步信标待机时长的系统，其特征在于，包括：

入水检测模块，所述入水检测模块与同步信标的上电控制模块连接，所述入水检测模块包括：

自举电路，与同步信标连接，用于为同步信标内无需待机工作的模块单元上电；

入水检测电路，与自举电路连接，用于检测同步信标是否入水；

当同步信标待机时，所述入水检测电路向自举电路输出低电平，自举电路处于断开状态；

当入水检测电路检测到同步信标入水时，所述入水检测电路向自举电路输出高电平，自举电路闭合，为同步信标内无需待机工作的单元上电。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述入水检测电路包括：三极管V2、二极管V4和三极管V6；

三极管V2的基极与入水检测极连接，集电极通过二极管V4与三极管V6的基极连接，集电极还通过电阻R16接地；

三极管V6的发射极与自举电路连接，发射极还通过电阻R12接地；

当同步信标待机时，入水检测电路的入水检测极与接地极之间为高阻抗，三极管V2、三极管V6不导通，向自举电路输出低电平；

当入水检测电路的入水检测极有水短接时，三极管V2、三极管V6导通，向自举电路输出高电平。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述自举电路包括：继电器K1及电源模块A1，所述继电器K1与电源模块A1、同步信标内置电源和入水检测电路连接。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述入水检测电路的输出端与继电器K1第一引脚连接，该引脚通过一个上拉电阻连接到电源模块A1的输出端，继电器K1的第二引脚、入水检测电路的接地端以及电源模块A1的输出负端连接在一起，同步信标内置电源输出正端与连接继电器K1输出端连接，继电器K1的输出端与电源模块A1的正输入端连接。

5.一种同步信标系统，其特征在于，包括：同步时钟模块及如权利要求1-4中任一项所述的用于增加同步信标待机时长的系统，所述同步时钟模块用于对同步信标进行同步授时；所述同步时钟模块包括：

铷原子钟；

微处理器，与铷原子钟连接；

卫星接收模块，与卫星天线连接，用于获取卫星信号；

FPGA，分别与铷原子钟、微处理器和卫星接收模块连接。