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1、聲學浮標多功能的設計與實現(xiàn) 浮標有無線電數據傳輸通道和水聲測量通道,主要利用無線電傳輸實測數據及控制命令,以下是小編搜集整理一篇相關論文范文,歡迎閱讀參考。 1引言 海上試驗專用聲學浮標是指布放于海上,具有水聲通信、測量、定位等一種或多種功能的浮標體,由于其在水聲測量方面的簡便性,在海上試驗中得到了廣泛的應用。研究浮標多功能設計技術,在不增加體積的條件下,使其能實現(xiàn)更多的功能,規(guī)范浮標的設計技術和方法,對提高浮標的可靠性,節(jié)省存放空間、降低經費,意義深遠。近幾年,隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展,大規(guī)模集成電路、DSP、FPGA設計技術的應用越來越普遍,可以利用軟件動態(tài)改變部件內部
2、配置進行電路重構以實現(xiàn)系統(tǒng)的各種不同用途[1],這些技術的應用使海上試驗聲學浮標的多功能設計成為可能。 2聲學浮標的結構組成及信號分析 2.1浮標的總體結構 試驗聲學浮標采用積木式結構,由天線段、支撐桿、浮體、水下電子艙和水聽器及電纜等構成。其中水下電子艙內設有控制單元、水聲信號處理單元、無線通信鏈模塊和DGPS接收機、可充電電池、存儲單元等電子設備。天線段部分架設DGPS天線、無線通信天線和航標燈。浮標結構示意圖如圖1所示?! ?.2浮標的基本功能 浮標的基本功能: 1)自身DGPS定位功能;2)具有與測量基站無線通信的能力;3)具有對水下目標水聲測量、通信的一種或
3、多種專門的能力。 2.3聲學浮標的信號 浮標有無線電數據傳輸通道和水聲測量通道,主要利用無線電傳輸實測數據及控制命令,用聲傳感器實測和傳遞水下數據。水聲信號有輸入輸出兩個部分,因測量頻率不同還有多個頻段,有多路輸入輸出的要求??赡苡卸鄠€模擬輸入,如矢量水聽器有VX、VY兩路輸入,雙水聽器時有P1、P2兩路聲壓輸入。也可能有數字信號輸入,如壓力傳感器、方位儀數據等,數字輸入可以合成一路傳輸。模擬輸出一般為一路,但可能有輔助測量信號,這樣就可能為兩路模擬信號?! ?.4浮標的水聲信號流程 一般浮標水聽器接收的聲信號首先經前放接收機預處理。前放與水聽器硫化在一起,有一定的放大增
4、益。接收機包括濾波和放大功能,濾波器頻率范圍為幾百赫茲到幾十千赫茲,放大增益較大。然后到達ADC、DSP處理電路,由16bit高精度ADC和兩片TMS320VC5402構成水聲信號處理器子系統(tǒng)。信號處理子系統(tǒng)的主要任務為: 1)檢測信號并測量到達時刻,爭取實現(xiàn)盡可能低的檢測閾,以便有盡可能遠的作用距離?! ?)可以跟蹤多目標。信號經處理后形成結果保存在中心處理單元并由無線電數據發(fā)送回基站。 3)多路水聲輸入輸出信號的處理。 發(fā)送的信號由水聲DSP產生經DAC、發(fā)射機、功放電路到發(fā)射換能器發(fā)射。其中功放電路功率較大,需占用一定的空間。模擬信號可能是多路的,必須有不同的放大通
5、道及ADC、DAC電路。一般聲學浮標信號流程框圖如圖2所示。 3浮標多功能設計 目前大多數浮標都是專用浮標,一種浮標只有一種特定的功能。沒有多功能浮標的原因在于浮標功能多浮標體積勢必做得很大,影響使用,而且多功能在技術上融合難度大,沒有專用浮標專門設計簡單,配屬的單位也不同,這樣導致已有擬建的浮標系統(tǒng)很多,形成資源的浪費。在不增加浮標的體積下,實現(xiàn)浮標多種用途的途徑就是浮標的多功能設計。 3.1浮標多功能設計定義 浮標多功能設計是指不改變浮標的總體結構和硬件主要配置,通過改變外設配置、內部電路部件選擇、DSP及軟件配置而使浮標實現(xiàn)水聲不同頻段水聲通信、應答、不同類型目標
6、信號測量跟蹤等功能,其不同的功能主要是通過改變水聲信號處理單元的配置而實現(xiàn)。浮標多功能的實現(xiàn)流程如圖3所示?! ?.2整體電氣結構配置 為確保多功能配置的方便性,必須采用模塊化、通用化設計,做到總線接口標準,特定模塊、通用模塊分開。內部電氣整體結構采用104總線寶塔型結構。各功能模塊完成特定的功能,主要由如下模板組成: GPS接收及無線通信板,電源板,主控及數據處理板,水聲處理板,前置及放大器板等組成,見圖2.GPS接收及無線通信板,電源板,主控及數據處理板為基本電路板,水聲輸入處理板,水聲輸出處理板,前置及放大器板為系統(tǒng)可選部件,按需求安裝或通過主控軟件選擇配置。浮標功能
7、由不同的水聲處理軟件及不同的硬件配置實現(xiàn)。 其中DGPS、定位、授時同步、無線擴頻通信、電源控制、中心控制單元、數據儲存部件為系統(tǒng)基本模塊,主要完成浮標自身定位、系統(tǒng)時間同步、無線電數傳、電源控制、系統(tǒng)控制、系統(tǒng)配置控制等功能。水聲DSP、ADC、DAC、接收機、發(fā)射機為內部可選擇配置部件,完成水聲測量和發(fā)送、信號預處理、數模/模數轉換、水聲信號處理、測量頻段選擇、測量方式選擇、信號檢測方法控制等功能,其中水聲DSP由現(xiàn)場配置,接收及發(fā)射部分可在浮標體內部選擇。功放和接收水聽器或發(fā)射換能器