一種高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及水聲觀測監測設備，更具體地說，涉及一種可高度集成于水聲觀測監測設備中的高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統。
【背景技術】
[0002]聲波是海洋中唯一能夠遠距離傳輸信息的載體，水聲設備是獲取水下信息最有效的手段，水聲觀測監測設備是常用的水聲設備。目前的水聲觀測監測設備主要有聲學浮標、聲學潛標、漂流浮標等。在使用水聲觀測監測設備進行聲學調查任務時，往往當接收上位機向水聲設備發送指令時，需要水聲設備能夠提供實時的聲學信息，為調查任務提供分析依據，但目前絕大部分的水聲觀測監測設備無法實現此功能。
[0003]目前大部分水聲設備通常為北斗通信、數據自容式存儲設備，現有水聲探測浮標系統如圖1所示，水聽器陣3與自容式控制、采集系統6和鉛魚4連接，通過浮標浮體5提供浮力浮在海面2上，可通過北斗一體機1與地面接收系統通信。現有水聲探測浮標系統可通過北斗衛星向上位機報告位置、電池電量等信息，而將采集到的聲學信號存儲到設備內部的存儲介質中，只有當設備打撈回收后才能對數據進行分析處理，這種通信方式對接收上位機位置沒有太多限制，但是北斗通信模塊每分鐘發送的信息最大數據量為78字節，這個數據量遠遠小于水聲信號采集的數據量，若發送采集到的一分鐘的聲音信號可能需要幾十甚至上百分鐘才可傳輸完成，再由上位機分析處理才能得到聲學信息，這種方式無法實現實時分析。
[0004]也有部分設備采用無線通信技術，將采集到的水聲數據實時的傳輸到接收上位機，但這種方式接收上位機必須在水聲設備幾公里到幾十公里范圍內才有效，實際應用中不容易實現，并且由于這種通信方式需要大量的電量消耗，需要增加水聲設備的電池儲備，增加了水聲設備的尺寸和重量。
[0005]總之，目前的水聲觀測監測設備存在一定的缺陷，無法靈活的向上位機發送實時的聲學信息。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型要解決的技術問題是:提供一種獨立的可高度集成于絕大部分水聲觀測監測設備的高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統。即在不需要大幅度改變現有水聲觀測監測設備的前提下，設計一種可與絕大部分水聲觀測監測設備電路板高度集成的高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統。
[0007]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:
[0008]—種高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統，包括:
[0009]用于將水聽器輸出的模擬信號轉換成數字信號的信號采集單元；所述信號采集單元由模/數轉換芯片、基準電壓芯片、單運放芯片組成；其中，所述基準電壓芯片產生基準電壓，通過由單運放芯片構成的射隨電路后連接至模/數轉換芯片的基準電壓引腳，模/數轉換芯片的信號輸入引腳與信號調理單元的輸出引腳連接，模/數轉換芯片的時鐘、數據輸出、準備接收引腳與信號處理單元連接；
[0010]用于接收所述數字信號，并進行高分辨率的實時頻譜分析的信號處理單元；所述信號處理單元由現場可編程門陣列芯片、串行FLASH配置芯片和有源時鐘組成；所述串行FLASH配置芯片連接到現場可編程門陣列芯片的配置引腳，所述有源時鐘連接到現場可編程門陣列芯片的時鐘引腳；
[0011]用于發送所述信號處理單元結果以及接收工作模式指令的收發單元；
[0012]以及用于提供上述各單元所需電壓的電源轉換單元。
[0013]進一步:所述的收發單元包括RS-232芯片，將RS-232芯片的RX引腳和TX引腳分別和現場可編程門陣列芯片的設定為RX和TX的引腳連接，通過對現場可編程門陣列芯片的編程實現接收外部的工作模式指令，以及向外發送所述信號處理單元的計算結果。
[0014]更進一步:所述電源轉換單元由+12V轉+5V D⑶C芯片、+12V轉+3.3V D⑶C芯片、+3.3V轉+1.2V線性穩壓芯片、三極管和接線端子組成；電源轉換單元的接線端子連接外部電壓為+10V?+15V的電池和三極管的C極，三極管的E極連接上述兩個D⑶C轉換芯片，三極管的B極連接外部電路的可編程引腳，通過可編程引腳的高低電平控制三極管的導通和截止，當三極管導通時，所述電源轉換單元為水聽器、基準電壓芯片和單運放芯片提供+5V電壓；為模/數轉換芯片、串行FLASH配置芯片、現場可編程門陣列芯片外圍引腳提供+3.3V電壓，為現場可編程門陣列芯片提供+1.2V內核電壓；當三極管截止時，所述電源轉換單元沒有電壓輸出，所述高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統停止工作。
[0015]本實用新型具有的優點和積極效果是:
[0016]本實用新型可與絕大部分水聲觀測監測設備電路板高度集成，所述水聲觀測監測設備電路板僅需提供一個可編程引腳、一個電源接線端和一個RS-232串口分別與本實用新型電源轉換單元中三極管的B極、E極和收發單元的RS-232串口連接，即可實現高分辨率水聲信號實時頻譜分析功能。
[0017]本實用新型可完善水聲觀測監測設備的功能，當接收上位機需要知道某時刻實時的水聲信號頻譜情況時，通過北斗衛星向水聲觀測監測設備發送指令，水聲觀測監測設備電路板通過串口將指令傳輸給本實用新型所述的高分辨率水聲信號實時頻譜系統，并通過串口接收本實用新型所述高分辨率水聲信號實時頻譜系統的計算結果，所述水聲觀測監測設備再通過北斗模塊向接收上位機發送計算結果。所述計算結果包括31個頻點信息，每個頻點信息占用2個字節，共62個字節，符合北斗通信模塊每分鐘發送的信息最大數據量為78字節的標準，實現該測量點所需時刻的實時頻譜分析。
[0018]本實用新型將所述單元能夠集成在一塊小尺寸的電路板中，實現了低功耗、小尺寸、易集成、高分辨率等特點。
【附圖說明】
:
[0019]圖1為傳統水聲探測浮標系統圖；
[0020]圖2為本實用新型優選實施例的系統結構圖；
[0021]圖3為本實用新型優選實施例的工作狀態框圖；
[0022]圖中標記說明:
[0023]1、北斗一體機2、海面
[0024]3、水聽器陣4、鉛魚
[0025]5、浮標浮體6、自容式控制、采集系統
【具體實施方式】
[0026]為能進一步了解本實用新型的【實用新型內容】、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0027]請參閱圖2至圖3，一種高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統，包括:
[0028]用于將水聽器輸出的模擬信號轉換成數字信號的信號采集單元；所述信號采集單元由模/數轉換芯片、基準電壓芯片、單運放芯片組成；其中，所述基準電壓芯片產生基準電壓，通過由單運放芯片構成的射隨電路后連接至模/數轉換芯片的基準電壓引腳，模/數轉換芯片的信號輸入引腳與信號調理單元的輸出引腳連接，模/數轉換芯片的時鐘、數據輸出、準備接收引腳與信號處理單元連接；
[0029]用于接收所述數字信號，并進行高分辨率的實時頻譜分析的信號處理單元；所述信號處理單元由現場可編程門陣列芯片、串行FLASH配置芯片和有源時鐘組成；所述串行FLASH配置芯片連接到現場可編程門陣列芯片的配置引腳，所述有源時鐘連接到現場可編程門陣列芯片的時鐘引腳；所述有源時鐘連接到現場可編程門陣列芯片的時鐘引腳；所述高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統的控制過程和信號處理過程都通過對現場可編程門陣列芯片的編程實現，編程采用硬件描述語言Verilog HDL，編寫好的程序燒錄到串行FLASH配置芯片中存儲；高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統每次上電，程序都會通過串行FLASH配置芯片下載到現場可編程門陣列芯片中，實現高分辨率水聲信號實時頻譜分析系統的控制過程和信號處理過程；所述的控制過程由收發單元從外部接收的工作模式指令，并設定整個水聲信號實時頻譜分析系統工作模式的過程，和控制信號采集單元進行模/數轉換，并接收其數據輸出的過程兩部分組成；
[0030]用于發送所述信號處理單元結果以及接收工作模式指令的收發單元；
[0031]以及用于提供上述各單元所需電壓的電源轉換單元。
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