基于拖曳式水聲信號發射系統的動態信號發生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及采用孤S(DirectDigitalSynthesis,直接數字合成）技術的動態信 號發生裝置，特別是設及基于拖曳式水聲信號發射系統的動態信號發生裝置。
【背景技術】
[0002] 拖曳式水聲信號發射系統是一種專口為海洋聲傳播損失測量設計的人工拖曳式 聲源，它能提供人工控制或自動發射多種波形的大功率聲波信號，能與聲學浮標或聲學潛 標配合使用完成海洋聲傳播損失測量任務，是海洋聲學環境觀測和研究的重要手段之一。
[0003] 拖曳式水聲信號發射系統由船臺控制系統和拖曳體兩部分組成，其中船臺控制系 統包括工控機、UPS、電源模塊、大功率直流電源、調制解調器、采集器和標準水聽器等；拖曳 體包括動態信號發生裝置、發射換能器、大功率發射模塊、調制解調器、換能器匹配器、換能 器自動控制模塊、高壓大容量儲能電容、壓力傳感器、姿態傳感器、電子艙體和拖曳殼體等。
[0004] 動態信號發生裝置是對接收的船臺指令進行解釋，并按照船臺指令進行相應的操 作，具有連續信號和掃頻信號輸出功能，輸出信號的頻率、幅度、長度和間隔可調。
[0005] 直接數字頻率合成值D巧是一種新的頻率合成技術，由于其應用在數字領域優點 突出，所W近些年發展迅猛，現在已經成為信號源主流。DDS主要由頻率控制字寄存器、相位 累加器、相位幅度轉換查找表、D/A轉換器及低通濾波器（LP巧構成。
[0006] 頻率控制字和CLK為DDS的關鍵輸入量。當DDS開始工作時，每來一個時鐘，相位 累加器就完成一次累加，并把累加結果保存在相位寄存器中，同時輸出給相位幅度轉換查 找表。相位幅度轉換查找表的任務是把輸入的相位按照查找表方式計算出它的幅度，然后 再由D/A轉換器完成數模轉換，在輸出端可W得到一個連續的模擬信號。
[0007]CLK的頻率為fcik，頻率控制字的值M決定輸出的頻率fcut:
[0008]
( 1)
[0009] 從（1)式可W看出，頻率控制字的位數N越高，輸出頻率的分辨率就越高，當M的 位數為N時，DDS的頻率分辨率Af為；
[0010]
U)
[0011] 從似式可W看出，當頻率控制字的位數N-定時，feik頻率越高，反而造成孤S的 頻率分辨率Af降低，在DDS輸出掃頻信號時，由于DDS頻率增量寄存器是Af的倍數，所W 同時會造成頻率增量的分辨率下降，在信號發生器輸出低頻信號時，該種現象尤為明顯，我 們在設計信號發生器時，由于信號發生器的晶振工作頻率過高，造成DDS的頻率分辨率Af 過低，W至于無法輸出想要的低頻的掃頻信號。
[0012] 目前在信號發生器上使用的多為固定頻率的晶振，隨著DDS技術的發展，晶振的 頻率越來越高，不僅造成信號發生器的功耗隨晶振的頻率增加而增加，而且造成信號發生 器的頻率分辨率降低；固定頻率的晶振適用范圍較小。
【發明內容】
[0013] 本發明要解決的技術問題是：針對傳統信號發生器上使用固定頻率的晶振，信號 發生器適用性較差的問題，
[0014] 本發明采用的技術方案是：
[0015] 一種基于拖曳式水聲信號發射系統的動態信號發生裝置，所述拖曳式水聲信號發 射系統由船臺控制系統和拖曳體組成，所述動態信號發生裝置安裝在上述拖曳體內；所述 動態信號發生裝置包括型號為MSP430F1611的控制系統、型號為AD5930的DDS巧片、外部 開關電路、型號為40M的有源晶振、型號為PIC12F509的動態晶振、晶振開關電路、串口分配 電路、壓力傳感器、無線通信模塊A、無線通信模塊B、電子羅盤、電源管理電路、充電電池、 信號調理電路、放大濾波電路和電源系統；其中：
[0016] 所述控制系統通過I/O引腳與DDS巧片連接；所述DDS巧片的數字時鐘有兩個輸 入源，上述兩個輸入源分別為固定有源晶振和動態晶振，所述控制系統通過I/O引腳與動 態晶振連接；所述控制系統的模擬輸出引腳與DDS巧片滿量程調整控制引腳連接；控制系 統的模擬輸出引腳與運算放大器同相端連接，去掉輸出信號直流偏置電壓。
[0017] 進一步，所述動態晶振由單片機構成；上述單片機上設置有模擬I2c接口，上述單 片機通過模擬I化接口向動態晶振發送命令；所述控制系統通過I/O引腳與動態晶振復位 端連接，進而對動態晶振進行復位；所述動態晶振預留兩個連接外接晶振用的引腳。
[0018] 進一步，在拖曳體的前部安裝有電子羅盤；所述電子羅盤采用充電電池單獨供電； 上述電子羅盤與控制系統之間通過無線通信方式進行交互信息。
[0019] 本發明具有的優點和積極效果是：
[0020] 通過采用上述技術方案，本發明中的動態信號發生裝置可W輸出連續信號和掃頻 信號，輸出信號的頻率、幅度、長度可調；同時可采集壓力傳感器、姿態傳感器串口數據并定 時傳到船臺；可通過外部開關電路繼電器/空氣開關；
[0021] 由于本發明中DDS巧片的數字時鐘有兩個輸入源，分別為固定有源晶振和動態晶 振，同時由控制系統通過I/O引腳選擇使用哪種晶振，因此可W在輸出高頻信號時使用有 源晶振，當輸出信號頻率較低時選擇動態晶振。
[0022] 由于動態晶振由單片機構成，因此輸出頻率為可調的時鐘信號。控制系統通過2 個I/O引腳與動態晶振連接，模擬I2C接口，向動態晶振發送命令。控制系統通過1個I/O 引腳與動態晶振復位端連接，可復位動態晶振。動態晶振的單片機采用內置晶振電路，該樣 可W減少外圍電路；動態晶振的單片機預留兩個引腳，如果需要輸出特殊時鐘頻率可W外 接晶振。
[0023] 由于電子羅盤容易受到外部磁場的干擾，為提高電子羅盤的數據質量，將電子羅 盤安裝在拖曳體的前部，實現電子羅盤和其它設備的物理隔離。控制系統與電子羅盤的 數據通信通過無線通信模塊實現；電子羅盤在工作時由充電電池供電；在電子羅盤不工作 時，控制系統通過I/O引腳控制電源管理電路完成對充電電池充電。
[0024] 動態信號發生裝置有兩種數字時鐘輸入，可根據需要選擇不同的晶振，增強了動 態信號發生裝置的適用范圍。動態晶振由單片機構成，可配置輸出不同的時鐘輸出，方便靈 活，在動態信號發生裝置輸出低頻信號時，可適當降低DDS的時鐘頻率，該樣不但可降低功 耗，還會減少系統干擾。
[0025] 采用控制系統自帶的兩路模擬輸出端口，一路用于調節DDS巧片信號輸出幅度， 另一路用于去掉輸出信號的動態直流偏置電壓，電路簡潔，精度和可靠性高。
[0026] 電子羅盤與其它設備實現物理隔離，可有效提高電子羅盤數據質量。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發明優選實施例的電路框圖；
[002引圖2為本發明優選實施例中動態信號發生裝置的動態晶振電路；
[0029] 圖3為本發明優選實施例中動態信號發生裝置的動態晶振工作流程圖；
[0030] 圖4為本發明優選實施例中動態信號發生裝置的輸出信號波形；
[0031] 圖5為本發明優選實施例中動態信號發生裝置的孤S巧片動態電壓偏置電路；
[00對 圖中標記說明：
[003引 1、控制系統 2、孤5巧片
[0034] 3、外部開關電路4、有源晶振
[0035] 5、動態晶振 6、晶振開關電路
[0036] 7、船臺 8、串口分配電路
[0037] 9、壓力傳感器 10、無線通信模塊A
[003引 11、無線通信模塊B12、電子羅盤
[0039] 13、電源管理電路 14、充電電池
[0040] 15、信號調理電路 16、放大濾波電路
[0041] 17、電源系統。
【具體實施方式】
[0042] 結合附圖對本發明的技術方案作進一步描述。
[0043] 如圖1所示，一種基于拖曳式水聲信號發射系統的動態信號發生裝置，上述拖曳 式水聲信號發射系統由船臺7和動態信號發生裝置組成，動態信號發生裝置安裝在拖曳體 內，船臺7與動態信號發生裝置通過電纜連接，上述動態信號發生裝置由船臺7控制協調動 態信號發生裝置的工作。
[0044] 所述動態信號發生裝置包括型號為MSP430F1611的控制系統1、型號為AD5930的 DDS巧片2、外部開關電路3、型號為40M的有源晶振4、型號為PIC12F509的動態晶振5、晶 振開關電路6、串口分配電路8、壓力傳感器9、無線通信模塊A10、無線通信模塊B11、電子羅 盤12、電源管理電路13、充電電池14、信號調理電路15、放大濾波電路16和電源系統17; 其中：
[0045] 所述控制系統1通過I/O引腳與孤S巧片2連接；所述孤S巧片2的數字時鐘有 兩個輸入源，上述兩個輸入源分別為固定有源晶振4和動態晶振5,所述控制系統1通過1/ 0引腳與動態晶振5連接；所述控制系統1的模擬輸出引腳與DDS巧片2滿量程調整控制 引腳連接；控制系統1的模擬輸出引腳與運算放大器同相端連接，去掉輸出信號直流偏置 電壓。
[0046] 動態信號發生裝置，具有CW/化irp信號輸出功能；信號長度可調范圍是；500ms~ 1000ms;信號幅度范圍是；1化p~5化p;具有壓力傳感器9、姿態傳感器串口數據的接收功 能，并定時傳到船臺7 ;具有繼電器/空氣開關控制功能。動態信號發生裝置可W輸出連續 信號和掃頻信號，輸出信號的頻率、幅度、長度可調；可采集壓力傳感器9、姿態傳感器串口 數據并定時傳到船臺7;可通過外部開關電路3繼電器/空氣開關。控制系統1通過串行 方式將數據寫入孤S巧片2,控制孤S巧片2的寄存器實現不同信號的輸出，可W輸出連續 信號或掃頻信號，輸出信號的頻率可調。
[0047] 孤S巧片2的數字時鐘（M化K)有兩個輸入源，分別為固定有源晶振4 (40M)和動態 晶振5 (PIC12F509)，由控制系統1通過I/O引腳選擇使用哪種晶振，在輸出高頻信號時使用 有源晶振4,當輸出信號頻率較低時選擇動態晶振5
[0048]采用單片機MSP430F1611作為控制系統1。MSP430F1611巧片有豐富的片上外圍 模塊，從P1到P6共有48個I/O端口，包含了 12位A/D轉換器、2路DA輸出、精密模擬比較 器、硬件乘法器、2組頻率可W達到8MHz時鐘模塊、2個帶有大量捕獲/比較寄存器的16位 定時器、看口狗、2個可W實現異步/同步及多址訪問的串行通信接口、數十個可W實現方 向設置及中斷功能的并行輸入/輸出端口等。
[0049] 動態晶振5由單片機構成，輸出頻率可調的時鐘信號。控制系統1通過2個I/O 引腳與動態晶振5連接，模擬巧接口，向動態晶振5發送命令。控制系統1通過1個I/O 引腳與動態晶振5復位端連接，可復位動態晶振5。動態晶振5的單片機采用內置晶振電 路，該樣可W減少外圍電路；動態晶振5的單片機預留兩個引腳，如果需要輸出特殊時鐘頻 率可W外接晶振。
[0050] 動態晶振5上電完成初始化后，等待控制系統1命令，根據控制系統1命令執行相 關的操作。動態晶振5工作在輸出頻率狀態時，