一種基于北斗的高精度低功耗授時定位模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于水聲定位技術領域，具體地說是一種應用FPGA技術和基于北斗授時定位技術的具有發射授時和定位功能的聲源發射模塊。
【背景技術】
[0002]海底固定布放基陣在海洋噪聲源監測和跟蹤中具有實際意義。實際海洋環境中，存在海流、潮汐等因素，導致固定布放基陣的陣形發生變化。為避免后續波束形成算法的波束分裂、測向不準確甚至算法失效，對固定布放基陣在使用前和使用過程中通過聲源發射信號來進行陣型測量和校準就顯得尤為必要了。
[0003]實際常用遠場雙輔助聲源法進行陣形校準，通過在待測陣元的遠場位置按照一定規則布放兩個聲源，發射已知有規信號，各待測陣元接收并記錄信號。通過各陣元接收信號的相對時延計算得到陣形。但該方法需要滿足遠場條件，且存在誤差累積現象；另外海上波浪帶來信號多途影響，通過GPS單點定位誤差較大，而使用高精度差分GPS誤差固然較低，但對小型試驗而言設備費用較貴。而且陣形校準時聲源發射需要人員出海記錄得到聲源發射點的位置信息、控制聲源發射，增加了固定式岸基聲納系統后期使用維護成本。所以設計一種定位授時信息精度高、操作方式靈活多樣、可以船載也可以裝入浮標錨定的聲源發射模塊是尤為必要的。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的在于為克服現有技術的缺點與不足，采用FPGA技術和基于北斗授時定位技術，實現高精度、低功耗具有發射授時和定位功能的聲源發射模塊，該模塊具備聯PC機工作、脫PC機工作和自主定時工作三種工作模式、并配備自行產生發射信號和轉接信號發生器發射信號兩種聲源信號產生模式。通過配備功放、聲源、太陽能板和蓄電池，即可通過浮標錨定的方式，實現固定式岸基聲納系統陣形定期校準。
[0005]本實用新型為解決技術問題采用的技術方案:這種基于北斗的高精度低功耗授時定位模塊，包括主控單元功能模塊、授時定位功能模塊、網絡功能模塊、信號輸入檢測功能模塊、存儲功能模塊、DA功能模塊、開關功能模塊、二選一控制模塊、輸出接□和電源功能模塊，所述的信號輸入檢測功能模塊包括信號輸入接口、參考比較信號模塊和比較器功能模塊，所述的開關功能模塊包括工作模式選擇開關、信號形式選擇開關、信號周期選擇開關和發射停止選擇開關，所述的主控單元功能模塊連接授時定位功能模塊、連接網絡功能模塊、連接信號輸入檢測功能模塊、連接存儲功能模塊、連接DA功能模塊、連接開關功能模塊、連接二選一控制模塊，所述的授時定位功能模塊連接北斗設備，網絡功能模塊連接外部的PC機，信號輸入接口接入外部信號、連接二選一控制模塊，二選一控制模塊連接DA功能模塊和輸出接口。
[0006]進一步地，這種基于北斗的高精度低功耗授時定位模塊，其輸出接口可連接功放設備和聲源。
[0007]進一步地，這種基于北斗的高精度低功耗授時定位模塊，其電源功能模塊可連接太陽能電池板和蓄電池。
[0008]本實用新型的有益效果有:
[0009]1.發射授時定位模塊具有多種工作模式，操作和使用方便靈活，適應不同的工作環境和使用需要；
[0010]2.提供高精度授時和定位信息，授時精度20ns，并提供全球定位系統的定位數據和地理位置經瑋度數據，定位精度3m ;
[0011]3.模塊結構緊湊、小巧，小于3W的低功耗工作環境，為長時間水下或浮標脫機定時工作提供保障；
[0012]4.提供內置和外置兩種信號產生模式，大容量的FLASH存儲芯片提供多種信號形式存儲能力，且更新方便，使用者根據需要進行任意選擇；
[0013]5.采用北斗授時模塊實現收發同步，高同步精度和定位信息。
【附圖說明】
[0014]圖1系統總體結構框圖；
[0015]圖2授時定位模塊結構框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實例對發明作進一步說明:
[0017]本實例的聲源發射授時定位模塊的核心單元選用的是cyclone3系列FPGA芯片，該款芯片具有功耗低、速度快、靈活性高等特點，為模塊的主控功能提供完美的解決方案；授時定位功能單元選用的是和芯星通公司的UM220雙系統高性能GNSS模塊，其功耗低、具有3個通信串口、并提供高精度的授時信息和定位信息；模塊上配備有FLASH存儲芯片，可以存儲多種信號形式用于發射使用。網絡接口選用W5100模塊實現，完成模塊與顯控平臺的聯通。選用AD公司的AD5545低功耗數模轉換芯片，實現內置信號和編碼信息的轉換輸出功能。上述主要功能模塊所選芯片全部具有低功耗特點，FLASH芯片功耗最大0.1W、UM220芯片功耗最大0.5W、W5100芯片功耗最大0.6W、AD5545芯片功耗最大0.2W，該高精度低功耗授時定位模塊總功耗小于31
[0018]如圖1所示，本實例的聲源發射授時定位模塊10由主控單元功能模塊1、授時定位功能模塊2、網絡功能模塊3、信號輸入檢測功能模塊4、存儲功能模塊5、DA功能模塊6、控制開關模塊7、二選一控制模塊8、信號輸出接口 9和電源功能模塊11組成。其中網絡功能模塊與PC機19相連接，實現與顯控平臺的通信功能；信號輸入檢測功能模塊4由比較器功能模塊14、信號輸入接口 12和參考比較信號模塊13組成；控制開關模塊7由工作模式選擇開關15、信號形式選擇開關16、信號周期選擇開關17和發射停止選擇開關18組成；信號輸出BNC 口 9連接功放20再連接聲源21完成水聲信號的發射；電源功能模塊同時也為功放20和聲源21供電；太陽能板22和蓄電池23在浮標工作模式下為系統供電和充電。
[0019]主控單元功能模塊I由FPGA芯片實現，主要完成通過網絡功能模塊3與PC機11相連接實現聯機工作模式、連接授時定位功能模塊2控制并讀取其輸出的授時信息及定位信息、連接信號輸入檢測功能模塊4接收其比較信號輸出以判斷是否有信號輸入、連接存儲功能模塊5控制并讀寫存儲的信號數據、連接DA功能模塊6控制其轉換輸出當下選擇的發射信號、連接控制開關模塊7通過判斷不同的開關控制進行相應的參數及