声学浮标多功能的设计与实现

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1、声学浮标多功能的设计与实现　　浮标有无线电数据传输通道和水声测量通道，主要利用无线电传输实测数据及控制命令，以下是小编搜集整理一篇相关论文范文，欢迎阅读参考。　　1引言　　海上试验专用声学浮标是指布放于海上，具有水声通信、测量、定位等一种或多种功能的浮标体，由于其在水声测量方面的简便性，在海上试验中得到了广泛的应用。研究浮标多功能设计技术，在不增加体积的条件下，使其能实现更多的功能，规范浮标的设计技术和方法，对提高浮标的可靠性，节省存放空间、降低经费，意义深远。近几年，随着现代电子技术的发展，大规模集成电路、DSP、FPGA设计技术的应用越来越普遍，可以利用软件动态改变部件内部

2、配置进行电路重构以实现系统的各种不同用途[1],这些技术的应用使海上试验声学浮标的多功能设计成为可能。　　2声学浮标的结构组成及信号分析　　2.1浮标的总体结构　　试验声学浮标采用积木式结构，由天线段、支撑杆、浮体、水下电子舱和水听器及电缆等构成。其中水下电子舱内设有控制单元、水声信号处理单元、无线通信链模块和DGPS接收机、可充电电池、存储单元等电子设备。天线段部分架设DGPS天线、无线通信天线和航标灯。浮标结构示意图如图1所示。　　2.2浮标的基本功能　　浮标的基本功能：　　1)自身DGPS定位功能;2)具有与测量基站无线通信的能力;3)具有对水下目标水声测量、通信的一种或

3、多种专门的能力。　　2.3声学浮标的信号　　浮标有无线电数据传输通道和水声测量通道，主要利用无线电传输实测数据及控制命令，用声传感器实测和传递水下数据。水声信号有输入输出两个部分，因测量频率不同还有多个频段，有多路输入输出的要求。可能有多个模拟输入，如矢量水听器有VX、VY两路输入，双水听器时有P1、P2两路声压输入。也可能有数字信号输入，如压力传感器、方位仪数据等，数字输入可以合成一路传输。模拟输出一般为一路，但可能有辅助测量信号，这样就可能为两路模拟信号。　　2.4浮标的水声信号流程　　一般浮标水听器接收的声信号首先经前放接收机预处理。前放与水听器硫化在一起，有一定的放大增

4、益。接收机包括滤波和放大功能，滤波器频率范围为几百赫兹到几十千赫兹，放大增益较大。然后到达ADC、DSP处理电路，由16bit高精度ADC和两片TMS320VC5402构成水声信号处理器子系统。信号处理子系统的主要任务为：　　1)检测信号并测量到达时刻，争取实现尽可能低的检测阈，以便有尽可能远的作用距离。　　2)可以跟踪多目标。信号经处理后形成结果保存在中心处理单元并由无线电数据发送回基站。　　3)多路水声输入输出信号的处理。　　发送的信号由水声DSP产生经DAC、发射机、功放电路到发射换能器发射。其中功放电路功率较大，需占用一定的空间。模拟信号可能是多路的，必须有不同的放大通

5、道及ADC、DAC电路。一般声学浮标信号流程框图如图2所示。　　3浮标多功能设计　　目前大多数浮标都是专用浮标，一种浮标只有一种特定的功能。没有多功能浮标的原因在于浮标功能多浮标体积势必做得很大，影响使用，而且多功能在技术上融合难度大，没有专用浮标专门设计简单，配属的单位也不同，这样导致已有拟建的浮标系统很多，形成资源的浪费。在不增加浮标的体积下，实现浮标多种用途的途径就是浮标的多功能设计。　　3.1浮标多功能设计定义　　浮标多功能设计是指不改变浮标的总体结构和硬件主要配置，通过改变外设配置、内部电路部件选择、DSP及软件配置而使浮标实现水声不同频段水声通信、应答、不同类型目标

6、信号测量跟踪等功能，其不同的功能主要是通过改变水声信号处理单元的配置而实现。浮标多功能的实现流程如图3所示。　　3.2整体电气结构配置　　为确保多功能配置的方便性，必须采用模块化、通用化设计，做到总线接口标准，特定模块、通用模块分开。内部电气整体结构采用104总线宝塔型结构。各功能模块完成特定的功能，主要由如下模板组成：　　GPS接收及无线通信板，电源板，主控及数据处理板，水声处理板，前置及放大器板等组成，见图2.GPS接收及无线通信板，电源板，主控及数据处理板为基本电路板，水声输入处理板，水声输出处理板，前置及放大器板为系统可选部件，按需求安装或通过主控软件选择配置。浮标功能

7、由不同的水声处理软件及不同的硬件配置实现。　　其中DGPS、定位、授时同步、无线扩频通信、电源控制、中心控制单元、数据储存部件为系统基本模块，主要完成浮标自身定位、系统时间同步、无线电数传、电源控制、系统控制、系统配置控制等功能。水声DSP、ADC、DAC、接收机、发射机为内部可选择配置部件，完成水声测量和发送、信号预处理、数模/模数转换、水声信号处理、测量频段选择、测量方式选择、信号检测方法控制等功能，其中水声DSP由现场配置，接收及发射部分可在浮标体内部选择。功放和接收水听器或发射换能器