一種超長待機(jī)水聲應(yīng)答器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于海洋探測技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種水聲應(yīng)答器，具體指一種超長待機(jī) 水聲應(yīng)答器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 水下定位導(dǎo)航技術(shù)是一切海洋開發(fā)活動和海洋高技術(shù)發(fā)展的基本前提，海洋領(lǐng)域 的開發(fā)和軍事需求推動了水下高精度定位技術(shù)的發(fā)展，超短基線聲學(xué)定位系統(tǒng)在海洋勘 探、海洋開發(fā)和軍事領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在本公司研發(fā)的超短基線水聲定位系統(tǒng)中，水聲 應(yīng)答器是水聲定位系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，它采用數(shù)字信號處理技術(shù)完成聲響頭數(shù)據(jù)的處 理，并向聲響頭發(fā)射應(yīng)答信號實(shí)現(xiàn)對水下定位目標(biāo)的高精度實(shí)時定位。在實(shí)際使用中，要求 應(yīng)答器具有體積小、作用距離遠(yuǎn)、寬頻帶、待機(jī)時間長和可靠性高的特點(diǎn)。由于水聲應(yīng)答器 通常采用電池供電，一般要求在水下連續(xù)工作數(shù)月W上，所W水聲應(yīng)答器的超長待機(jī)方法 設(shè)計起著舉足輕重的作用。
[0003] 現(xiàn)有水聲應(yīng)答器的主要缺陷表現(xiàn)在W下幾個方面：1)在傳統(tǒng)低功耗水聲應(yīng)答器 中，使用值班電路為系統(tǒng)值班，一旦值班電路檢測到喚醒信號，系統(tǒng)就會啟動應(yīng)答機(jī)制開始 應(yīng)答，系統(tǒng)在休眠時，系統(tǒng)的模擬接收預(yù)處理和單片機(jī)值守與控制模塊始終處于工作狀態(tài)， 因?yàn)閱拘研盘栃问骄哂幸欢ǖ陌l(fā)射間隔，而在發(fā)射信號空閑間隔期間，值班電路一直處于 工作耗電狀態(tài)，運(yùn)樣系統(tǒng)功耗沒有達(dá)到最低，水聲應(yīng)答器未能達(dá)到最長的待機(jī)時間；2)在超 短基線水聲定位系統(tǒng)中，通常需要對多個水聲應(yīng)答器進(jìn)行管理，每個水聲應(yīng)答器都有自身 唯一的ID號，通常需要加入喚醒功能;傳統(tǒng)喚醒信號的檢測方法采用能量檢測、頻譜檢測和 循環(huán)統(tǒng)計量檢測等方法，當(dāng)需要對特定ID號對應(yīng)的水聲應(yīng)答器進(jìn)行喚醒操作的時候，采用 上述現(xiàn)有的喚醒信號檢測方法會將所有ID號對應(yīng)的水聲應(yīng)答器全部喚醒，運(yùn)樣就造成水聲 應(yīng)答器不必要的功耗損失，縮短了不需要此次被喚醒水聲應(yīng)答器的待機(jī)時間。3)水聲應(yīng)答 器的電源供電較為復(fù)雜，傳統(tǒng)水聲應(yīng)答器一般采用電池并聯(lián)成電池組的方式為整個系統(tǒng)進(jìn) 行供電，隨著電池的持續(xù)放電，電池組會有不同程度的降壓，當(dāng)電池組電壓降到小于數(shù)字核 屯、處理板的工作電壓時，整個系統(tǒng)將無法正常工作，然而此時電池組內(nèi)還有剩余電量，運(yùn)樣 未能充分利用電池組電量W達(dá)到應(yīng)答器更長的待機(jī)時間。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 針對上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種超長待機(jī)水聲應(yīng)答器系統(tǒng)，根據(jù)喚醒 信號發(fā)射具有間隔性的特點(diǎn)，搭建了能夠?qū)崿F(xiàn)信號二次喚醒模式的硬件基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時喚 醒的同時，保證系統(tǒng)在發(fā)射信號空閑間隔期間處于低功耗模式，避免了不必要的功耗輸出， 大大降低了系統(tǒng)功耗，有效延長了應(yīng)答系統(tǒng)的待機(jī)時間。
[000引本實(shí)用新型通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：
[0006] -種超長待機(jī)水聲應(yīng)答器系統(tǒng)，包括模擬接收預(yù)處理模塊、單片機(jī)值守與控制模 塊、數(shù)字信號處理器模塊、發(fā)射電路模塊、收發(fā)合置換能器W及為上述各模塊供電的電源管 理模塊；
[0007] 模擬接收預(yù)處理模塊，對聲頭發(fā)射的信號進(jìn)行前期預(yù)處理后，將信號發(fā)送給單片 機(jī)值守與控制模塊或數(shù)字信號處理器模塊;預(yù)處理包括阻抗匹配、前置放大、帶通濾波和后 置放大；
[0008] 單片機(jī)值守與控制模塊，與數(shù)字信號處理器模塊連接，用于檢測聲頭發(fā)射的第一 次喚醒信號，W及控制數(shù)字信號處理器模塊的工作；
[0009] 數(shù)字信號處理器模塊，接受單片機(jī)值守與控制模塊的控制，用于檢測聲頭發(fā)射的 第二次喚醒信號，W及對聲頭發(fā)射的定位信號進(jìn)行解算；
[0010] 發(fā)射電路模塊，對應(yīng)答信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和功率放大后發(fā)送給收發(fā)合置換能器； 數(shù)字信號處理器模塊解算定位信號后產(chǎn)生應(yīng)答信號，該應(yīng)答信號為數(shù)字信號，經(jīng)發(fā)射電路 模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC和功率放大器后再傳送給收發(fā)合置換能器進(jìn)行應(yīng)答信號的發(fā)射；
[0011] 收發(fā)合置換能器，是接收和發(fā)射合置的換能器模塊，用于接收聲頭發(fā)射的信號，并 發(fā)射應(yīng)答信號給聲頭。
[0012] 作為本案的優(yōu)化方案，所述電源管理模塊包括超低功耗電壓比較電路，用于檢測 電池組的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)電池組由并聯(lián)模式轉(zhuǎn)換為串聯(lián)模式。
[0013] 作為本案的優(yōu)化方案，所述第一次喚醒信號為聲頭發(fā)射的線性調(diào)頻喚醒信號。
[0014] 作為本案的優(yōu)化方案，所述第二次喚醒信號為聲頭發(fā)射的碼分多址擴(kuò)頻喚醒信 號。
[0015] 作為本案的優(yōu)化方案，所述數(shù)字信號處理器模塊采用32位高性能、低功耗的C6000 系列處理器。
[0016] 作為本案的優(yōu)化方案，所述單片機(jī)值守與控制模塊采用MSP430F5438A單片機(jī)。
[0017] 作為本案的優(yōu)化方案，所述應(yīng)答器系統(tǒng)還包括入水檢測電路，用于控制電源管理 模塊的通斷。
[0018] 本實(shí)用新型的有益效果是：
[0019] 1、本系統(tǒng)搭建了低功耗模式，當(dāng)水聲應(yīng)答器處于低功耗模式時，模擬接收預(yù)處理、 單片機(jī)值守與控制模塊、數(shù)字信號處理器模塊和功率放大模塊均處于掉電狀態(tài)，只有低頻 晶振的振蕩器ACLK處于工作狀態(tài)，并且發(fā)射預(yù)定次數(shù)的線性調(diào)頻脈沖喚醒信號能夠精確喚 醒水聲應(yīng)答器;此種模式降低了不必要的空閑時間上水聲應(yīng)答器檢測喚醒信號帶來的功耗 損失，提局了水聲應(yīng)答器的待機(jī)時間；
[0020] 2、當(dāng)超短基線系統(tǒng)同時管理多個水聲應(yīng)答器的時候，單片機(jī)值守與控制模塊檢測 到線性調(diào)頻喚醒信號時，所有的應(yīng)答器被喚醒;而數(shù)字信號處理器模塊針對不同ID號的擴(kuò) 頻喚醒信號進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測出對應(yīng)ID號的擴(kuò)頻信號時，相應(yīng)的水聲應(yīng)答器進(jìn)行應(yīng)答;通過 本系統(tǒng)在超短基線系統(tǒng)對分組水聲應(yīng)答器的管理上效果顯著，能夠準(zhǔn)確喚醒對應(yīng)ID號的水 聲應(yīng)答器，實(shí)現(xiàn)分組喚醒功能。
[0021] 3、采用電池自動分組技術(shù)，電池持續(xù)放電會導(dǎo)致電池組的輸出電壓減小，本案采 用比較電路輸出高電平驅(qū)動固態(tài)繼電器W改變電池組的連接方式，使電池組由并聯(lián)模式轉(zhuǎn) 換為串聯(lián)模式，使得電池組的輸出電壓在數(shù)字核屯、處理板的正常工作電壓之上，克服了并 聯(lián)電池組當(dāng)輸出電壓低于數(shù)字核屯、處理板的正常工作電壓而不能正常工作的缺點(diǎn)，能夠充 分利用電池組的剩余電量，提高水聲應(yīng)答器的待機(jī)時間。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；
[0023] 圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)流程框圖；
[0024] 圖3為線性調(diào)頻喚醒信號形式示意圖；
[0025] 圖4為線性調(diào)頻喚醒信號檢測模式示意圖；
[0026] 圖5為頻域能量檢測算法流程框圖；
[0027] 圖6為并行碼相位捜索算法流程框圖；
[0028] 圖7為裡電池電壓與容量的對應(yīng)關(guān)系圖；
[0029] 圖8為電池組并聯(lián)串聯(lián)轉(zhuǎn)換框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型及其效果作進(jìn)一步闡述。
[0031] 為了解決【背景技術(shù)】指出的問題，本實(shí)用新型提出了全新的一種水聲應(yīng)答系統(tǒng)超長 待機(jī)的解決方案。
[0032] 如圖1所示，一種超長待機(jī)水聲應(yīng)答器系統(tǒng)，包括模擬接收預(yù)處理模塊、單片機(jī)值 守與控制模塊、數(shù)字信號處理器模塊、發(fā)射電路模塊、收發(fā)合置換能器W及為上述各模塊供 電的電源管理模塊；
[0033] 模擬接收預(yù)處理模塊，對聲頭發(fā)射的信號進(jìn)行前期預(yù)處理后，將信號發(fā)送給單片 機(jī)值守與控制模塊或數(shù)字信號處理器模塊;預(yù)處理包括阻抗匹配、前置放大、帶通濾波和后 置放大等硬件電路；
[0034] 單片機(jī)值守與控制模塊，與數(shù)字信號處理器模塊連接，用于檢測聲頭發(fā)射的第一 次喚醒信號，W及控制數(shù)字信號處理器模塊的工作；單片機(jī)值守與控制模塊采用 MSP430巧438A單片機(jī)，而第一次喚醒信號為聲頭發(fā)射的線性調(diào)頻喚醒信號；
[0035] 數(shù)字信號處理器模塊，接受單片機(jī)值守與控制模塊的控制，用于檢測聲頭發(fā)射的 第二次喚醒信號，W及對聲頭發(fā)射的定位信號進(jìn)行解算;數(shù)字信號處理器模塊采用32位高 性能、低功耗的C6000系列處理器，而第二次喚醒信號為聲頭發(fā)射的碼分多址擴(kuò)頻喚醒信 號；
[0036] 發(fā)射電路模塊，對應(yīng)答信號進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換和功率放大后發(fā)送給收發(fā)合置換能器； 數(shù)字信號處理器模塊解算定位信號后產(chǎn)生應(yīng)答信號，該應(yīng)答信號為數(shù)字信號，經(jīng)發(fā)射電路 模塊的數(shù)模轉(zhuǎn)換DAC和功率放大器后再傳送給收發(fā)合置換能器進(jìn)行應(yīng)答信號的發(fā)射；
[0037] 收發(fā)合置換能器，是接收和發(fā)射合置的換能器模塊，用于接收聲頭發(fā)射的信號，并 發(fā)射應(yīng)答信號給聲頭。
[0038] 更進(jìn)一步地，電源管理模塊包括超低功耗電壓比較電路，用于檢測電池組的輸出 電壓，實(shí)現(xiàn)電池組由并聯(lián)模式轉(zhuǎn)換為串聯(lián)模式。即當(dāng)比較電路檢測出電池組的輸出電壓低 于數(shù)字核屯、處理板的正常工作電壓3.3V-4.3V的時候，比較電路輸出高電平驅(qū)動電池模塊 中的固態(tài)繼電器，使電池組由并聯(lián)模式轉(zhuǎn)換為串聯(lián)模式，使得電池組通過線性穩(wěn)壓器輸出 的電壓在數(shù)字核屯、處理板的正常工作電壓W上，水聲應(yīng)答器系統(tǒng)正常工作，進(jìn)而充分利用 了電池的剩余電量。
[0039] 更進(jìn)一步地，本應(yīng)答系統(tǒng)還包括入水檢測電路，用于控制電源管理模塊的通斷；即 當(dāng)應(yīng)答器投入水中時電源管理模塊接通供電，為系統(tǒng)提供工作所需的電源；當(dāng)應(yīng)答器離開 水面暴露在空氣中時電源管理模塊斷開，停止供電。
[0040] 根據(jù)上述所述的超長待機(jī)水聲應(yīng)答器系統(tǒng)的應(yīng)答方法，具體包括W下步驟：
[0041] a、應(yīng)答器上電系統(tǒng)進(jìn)入待機(jī)模式，單片機(jī)值守與控制模