專利名稱：一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著海洋石油勘探技術(shù)逐漸向高精度、高分辨率層次的發(fā)展，勘探系統(tǒng)要求檢波器具有更加精確的定位能力。按照一定間距布置的地震檢波器，采集到地震波數(shù)據(jù)，其布陣間距的縮小以及采樣率的提高，可以得到更高精度和更高分辨率的地層成像圖，對地質(zhì)數(shù)據(jù)解釋和油氣勘探具有重要意義。然而，如果檢波器位置不能精確定位，得到的地層數(shù)據(jù)無法連續(xù)成像，甚至可能得到的數(shù)據(jù)不可信。因此要進行高分辨率和高精度的地質(zhì)剖面數(shù)據(jù)采集分析，不僅需要提高檢波器布陣密度和數(shù)據(jù)采樣率，還需要對檢波器位置進行更加精確的定位。布陣密度提高的另一個方面是多條拖纜間距的縮小。如常規(guī)地震勘探系統(tǒng)的拖纜間距為100米左右，隨著布陣密度的提高，逐漸向50米甚至25米間距發(fā)展。拖纜間距的縮小帶來一個問題，在拖纜拖曳作業(yè)過程中相互纏繞的危險性增加了。拖纜之間間距越小， 相互纏繞的可能性越大。為了得到更高精度的地層成像數(shù)據(jù)，必須繼續(xù)縮小拖纜間距，此時，拖纜必須增加水平移動控制能力，努力保持拖纜之間的間距。拖纜地震采集系統(tǒng)在拖曳的前、中、尾部布置聲學節(jié)點，利用聲波作為測距載體，在同步脈沖觸發(fā)下，測量目標聲波在海水中的傳播時間，從而完成測距功能。系統(tǒng)測量不同拖纜之間節(jié)點相互距離和同一纜上節(jié)點前后節(jié)距，將距離信息送入導航系統(tǒng)，由導航系統(tǒng)完成檢波器位置解算。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種精度高、指令傳輸速度快、控制智能化的海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)。為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)， 包括通訊模塊，所述通訊模塊連接設(shè)置在主控模塊與上位機之間，并在所述主控模塊與上位機之間進行數(shù)據(jù)交互；主控模塊，所述主控模塊一端通過所述通訊模塊通訊連接所述上位機，另一端通訊連接DSP模塊、發(fā)射模塊及接收模塊，所述主控模塊分別與所述通訊模塊及DSP模塊之間進行數(shù)據(jù)交互，所述主控模塊還向所述DSP模塊、發(fā)射模塊及接收模塊發(fā)送控制指令，控制所述DSP模塊、發(fā)射模塊及接收模塊動作；DSP模塊，所述DSP模塊一端通訊連接所述主控模塊，另一端通訊連接所述發(fā)射模塊與接收模塊，所述DSP模塊按照所述主控模塊控制指令產(chǎn)生信號序列，并發(fā)送給所述發(fā)射模塊，所述DSP模塊接收所述接收模塊發(fā)送來數(shù)據(jù)，提取目標信號并計算時延值后發(fā)送到所述主控模塊；發(fā)射模塊，所述發(fā)射模塊一端通訊連接所述DSP模塊，另一端連接換能器，所述發(fā)射模塊將所述DSP模塊發(fā)送來的信號序列發(fā)射到所述換能器，所述發(fā)射模塊還接收所述主控模塊發(fā)送來的指令并進行模式切換；接收模塊，所述接收模塊一端通訊連接所述DSP模塊，另一端連接所述換能器，所述接收模塊將所述換能器發(fā)送來的信號進行預處理后發(fā)送到所述DSP模塊，所述接收模塊還接收所述主控模塊指令并進行模式切換；電源模塊，所述電源模塊分別連接所述通訊模塊、主控模塊、DSP模塊、發(fā)射模塊與接收模塊，并向所述通訊模塊、主控模塊、DSP模塊、發(fā)射模塊與接收模塊進行供電。進一步，所述通訊模塊包括阻抗匹配單元，所述阻抗匹配單元一端通過耦合線圈通訊連接所述上位機，另一端分別通訊連接前置放大單元與功率驅(qū)動單元，所述阻抗匹配單元接收所述上位機經(jīng)所述耦合線圈發(fā)送來的信號，進行阻抗匹配后發(fā)送到所述前置放大單元，所述阻抗匹配單元還接收所述功率驅(qū)動單元發(fā)送來的信號，進行阻抗匹配后經(jīng)所述耦合線圈發(fā)送到所述上位機；前置放大單元，所述前置放大單元兩端分別通訊連接所述阻抗匹配單元與濾波器，所述前置放大單元接收所述阻抗匹配單元發(fā)送來的信號，進行前置放大后發(fā)送到所述濾波器；濾波器，所述濾波器兩端分別通訊連接所述前置放大單元與主放大單元，所述濾波器接收所述前置放大單元發(fā)送來的信號，進行濾波后發(fā)送到所述主放大單元；主放大單元，所述主放大單元兩端分別通訊連接所述濾波器與解調(diào)單元，所述主放大單元接收所述濾波器發(fā)送來的信號，進行放大后發(fā)送到所述解調(diào)單元；解調(diào)單元，所述解調(diào)單元兩端分別通訊連接所述主放大單元與邏輯接口單元，所述解調(diào)單元接收所述主放大單元發(fā)送來的信號，進行解調(diào)后發(fā)送到所述邏輯接口單元；邏輯接口單元，所述邏輯接口單元一端分別通訊連接所述解調(diào)單元與調(diào)制單元， 另一端通訊連接所述主控模塊，所述邏輯接口單元接收所述解調(diào)單元發(fā)送來的解碼后發(fā)送到所述主控模塊，所述邏輯接口單元將所述主控模塊發(fā)送來的數(shù)字響應信號發(fā)送到所述調(diào)制單元；調(diào)制單元，所述調(diào)制單元兩端分別通訊連接所述邏輯接口單元與功率驅(qū)動單元， 所述調(diào)制單元接收所述邏輯接口單元發(fā)送來的數(shù)字響應信號，進行調(diào)制后發(fā)送到所述功率驅(qū)動單元；功率驅(qū)動單元，所述功率驅(qū)動單元兩端分別通訊連接所述阻抗匹配單元與調(diào)制單元，所述功率驅(qū)動單元接收所述調(diào)制單元發(fā)送來的調(diào)制信號，進行功率放大后發(fā)送到所述阻抗匹配單元。進一步，所述主控模塊包括數(shù)據(jù)單元，所述數(shù)據(jù)單元在所述通訊模塊與DSP模塊、發(fā)射模塊及接收模塊之間進行數(shù)據(jù)交互；指令單元，所述指令單元向所述DSP模塊、發(fā)射模塊及接收模塊發(fā)送指令，控制所述DSP模塊、發(fā)射模塊及接收模塊動作。進一步，所述DSP模塊包括復解調(diào)單元，所述復解調(diào)單元接收所述接收模塊發(fā)送來的信號，進行復解調(diào)后發(fā)送到數(shù)字采樣單元；
數(shù)字采樣單元，所述數(shù)字采樣單元接收所述復解調(diào)單元發(fā)送來的信號，進行采樣后發(fā)送到核心單元；核心單元，所述核心單元接收所述數(shù)字采樣單元發(fā)送來的信號，進行信號序列操作后與所述主控模塊進行數(shù)據(jù)交互；邏輯處理單元，所述邏輯處理單元一端分別通訊連接所述復解調(diào)單元、數(shù)字采樣單元及核心單元，另一端通訊連接所述發(fā)射模塊，所述邏輯處理單元接收所述核心單元發(fā)送來的信號，并發(fā)送到所述發(fā)射模塊，所述邏輯處理單元還分別向所述復解調(diào)單元、數(shù)字采樣單元及核心單元發(fā)送邏輯處理指令。進一步，所述接收模塊包括第一放大單元，所述第一放大單元接收所述換能器信號進行前置放大后發(fā)送到第二放大單元；第二放大單元，所述第二放大單元接收所述第一放大單元發(fā)送來的信號進行預放后發(fā)送到帶通濾波器；帶通濾波器，所述帶通濾波器接收所述第二放大器發(fā)送來的信號進行帶通濾波后發(fā)送到第三放大單元；第三放大單元，所述第三放大單元接收所述帶通濾波器發(fā)送來的信號進行緩沖放大后發(fā)送到第四放大單元；第四放大單元，所述第四放大單元接收所述第三放大單元發(fā)送來的信號進行主放大后發(fā)送到所述輸出單元；輸出單元，所述輸出單元接收到所述第四放大單元發(fā)送來的信號，進行差分處理輸出到所述DSP模塊。進一步，所述發(fā)射模塊包括功放單元，所述功放單元接收所述DSP模塊發(fā)送來的信號進行功率放大后發(fā)送到匹配單元；匹配單元，所述匹配單元接收所述功放單元發(fā)送來的信號進行網(wǎng)聯(lián)匹配后發(fā)送到所述換能器。本發(fā)明具有如下優(yōu)點1、本發(fā)明采用主控模塊，可切換模式，實現(xiàn)智能化控制，本發(fā)明采用通訊模塊使得通訊精度更高，本發(fā)明采用接收模塊與發(fā)射模塊，使得信號的采集與發(fā)射更加穩(wěn)定、可靠， 本發(fā)明采用DSP模塊，使得信號傳遞更加穩(wěn)定、可靠。2、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高，可實現(xiàn)各種模式切換從而達到智能化操作，且獨立成為集成系統(tǒng)，便于推廣使用。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步說明圖1示出了本發(fā)明一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了本發(fā)明一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)中通訊模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了本發(fā)明一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)中主控模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示出了本發(fā)明一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)中DSP模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖5示出了本發(fā)明一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)中發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)示意圖；圖6示出了本發(fā)明一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)中接收模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括通訊模塊1、主控模塊2、DSP(Digital Signalft^cessing，數(shù)字信號處理)模塊3、發(fā)射模塊4、接收模塊5與電源模塊6。在上位機7同步指令觸發(fā)下，主控模塊2觸發(fā)DSP模塊3產(chǎn)生所需信號序列，經(jīng)發(fā)射模塊4將能量由換能器8發(fā)送到水中。換能器8接收其他節(jié)點發(fā)射的信號，由接收模塊5預處理后送入 DSP模塊3。DSP模塊3提取目標信號并計算時延值，送給主控模塊2。主控模塊2將4個時延測量數(shù)據(jù)進行通訊協(xié)議打包，由通訊模塊1發(fā)送。通訊模塊1和主控模塊2之間采用異步串行接口(SCI)，主控模塊2與DSP模塊3 之間則采用SPI接口方式，DSP模塊3與發(fā)射模塊4以邏輯信號接口、DSP模塊3與接收模塊5之間以模擬信號連接。具體連接通訊如下通訊模塊1連接設(shè)置在主控模塊2與上位機7之間，并在主控模塊2與上位機7 之間進行數(shù)據(jù)交互。主控模塊2 —端通過通訊模塊1通訊連接上位機7，另一端通訊連接DSP模塊3、 發(fā)射模塊4及接收模塊5。主控模塊2分別與通訊模塊1及DSP模塊3之間進行數(shù)據(jù)交互。 主控模塊2還向DSP模塊3、發(fā)射模塊4及接收模塊5發(fā)送控制指令，控制DSP模塊3、發(fā)射模塊4及接收模塊5動作。DSP模塊3 —端通訊連接主控模塊2，另一端通訊連接發(fā)射模塊4與接收模塊5。 DSP模塊3按照主控模塊2控制指令產(chǎn)生信號序列，并發(fā)送給發(fā)射模塊4。DSP模塊3接收接收模塊5發(fā)送來數(shù)據(jù)，提取目標信號并計算時延值后發(fā)送到主控模塊2。發(fā)射模塊4 一端通訊連接DSP模塊3，另一端連接換能器8。發(fā)射模塊4將DSP模塊3發(fā)送來的信號序列發(fā)射到換能器8。發(fā)射模塊4還接收主控模塊2發(fā)送來的指令并進行模式切換。接收模塊5 —端通訊連接DSP模塊3，另一端連接換能器8。接收模塊5將換能器 8發(fā)送來的信號進行預處理后發(fā)送到DSP模塊3。接收模塊5還接收主控模塊2指令并進行模式切換。電源模塊6分別連接通訊模塊1、主控模塊2、DSP模塊3、發(fā)射模塊4與接收模塊 5，并向通訊模塊1、主控模塊2、DSP模塊3、發(fā)射模塊4與接收模塊5進行供電。本發(fā)明采用主控模塊2，可切換模式，實現(xiàn)智能化控制，本發(fā)明采用通訊模塊1使得通訊精度更高，本發(fā)明采用接收模塊5與發(fā)射模塊4，使得信號的采集與發(fā)射更加穩(wěn)定、 可靠，本發(fā)明采用DSP模塊3，使得信號傳遞更加穩(wěn)定、可靠。
如圖2所示，本發(fā)明中，通訊模塊1包括阻抗匹配單元11、前置放大單元12、濾波器13、主放大單元14、解調(diào)單元15、邏輯接口單元16、調(diào)制單元17與功率驅(qū)動單元18。通訊模塊1實現(xiàn)了封閉空間內(nèi)的定位裝置與外界的無線數(shù)據(jù)通訊，信道工作在收發(fā)半工模式物理層接口使用一個收發(fā)合置的耦合線圈來實現(xiàn)。通訊方式為FSK頻率調(diào)制載波信號。其中阻抗匹配單元11 一端通過耦合線圈通訊連接上位機7，另一端分別通訊連接前置放大單元12與功率驅(qū)動單元18。阻抗匹配單元11接收上位機7經(jīng)耦合線圈發(fā)送來的信號，進行阻抗匹配后發(fā)送到前置放大單元12。阻抗匹配單元11還接收功率驅(qū)動單元18發(fā)送來的信號，進行阻抗匹配后經(jīng)耦合線圈發(fā)送到上位機7。前置放大單元12兩端分別通訊連接阻抗匹配單元11與濾波器13。前置放大單元 12接收阻抗匹配單元11發(fā)送來的信號，進行前置放大后發(fā)送到濾波器13。濾波器13兩端分別通訊連接前置放大單元12與主放大單元14。濾波器13接收前置放大單元12發(fā)送來的信號，進行濾波后發(fā)送到主放大單元14。主放大單元14兩端分別通訊連接濾波器13與解調(diào)單元15。主放大單元14接收濾波器13發(fā)送來的信號，進行放大后發(fā)送到解調(diào)單元15。解調(diào)單元15兩端分別通訊連接主放大單元14與邏輯接口單元16。解調(diào)單元15 接收主放大單元14發(fā)送來的信號，進行解調(diào)后發(fā)送到邏輯接口單元16。邏輯接口單元16 —端分別通訊連接解調(diào)單元15與調(diào)制單元17，另一端通訊連接主控模塊2。邏輯接口單元16接收解調(diào)單元15發(fā)送來的解碼后發(fā)送到主控模塊2，邏輯接口單元16將主控模塊2發(fā)送來的數(shù)字響應信號發(fā)送到調(diào)制單元17。調(diào)制單元17兩端分別通訊連接邏輯接口單元16與功率驅(qū)動單元18。調(diào)制單元 17接收邏輯接口單元16發(fā)送來的數(shù)字響應信號，進行調(diào)制后發(fā)送到功率驅(qū)動單元18。功率驅(qū)動單元18兩端分別通訊連接阻抗匹配單元11與調(diào)制單元17。功率驅(qū)動單元18接收調(diào)制單元17發(fā)送來的調(diào)制信號，進行功率放大后發(fā)送到阻抗匹配單元11。具體工作過程如下信號下發(fā)上位機7發(fā)送的微弱的耦合信號經(jīng)過阻抗匹配后輸送給微弱信號的前置放大單元12，經(jīng)過一定的倍數(shù)不失真放大，有效信號和干擾信號都被同時放大。經(jīng)過前置放大的信號送給濾波器13，進行有效頻率波提取，去除干擾信號。濾波后的信號送入主放大單元14對有效信號進行再次放大，使得信號的幅值能達到解調(diào)單元15識別的范圍。解調(diào)單元15主要是用來對FSK信號進行解碼，得出相應的0和1組成的系列編碼數(shù)字信號。編碼信號經(jīng)過邏輯接口單元16送給主控模塊2。信號上發(fā)聲學節(jié)點的數(shù)字響應信號由主控模塊2發(fā)出，經(jīng)過調(diào)制單元17后變成 FSK載波調(diào)制信號。調(diào)制好的信號經(jīng)過功率驅(qū)動單元18后，進行功率放大，最后通過阻抗匹配單元11通過耦合線圈發(fā)射出去。讓拖纜里面的線圈進行耦合。如圖3所示，本發(fā)明中，主控模塊2包括數(shù)據(jù)單元21與指令單元22。其中數(shù)據(jù)單元21在通訊模塊1與DSP模塊3、發(fā)射模塊4及接收模塊5之間進行數(shù)據(jù)交互；指令單元22向DSP模塊3、發(fā)射模塊4及接收模塊5發(fā)送指令，控制DSP模塊3、發(fā)射模塊4及接收模塊5動作。主控模塊2完成節(jié)點工作狀態(tài)控制、通訊等功能。主控模塊2控制各個功能模塊電源供電，決定了各個功能模塊工作與否。主控模塊2打開通訊模塊接收電源，通訊電路處于接收狀態(tài)。通訊接收電路接收至丨J數(shù)據(jù)后通過主控模塊 2 芯片 UART (Universal AsynchronousReceiver/Transmitter,通用異步接收/發(fā)送裝置)通訊口傳送到主控模塊2，主控模塊2執(zhí)行相應的操作。主控模塊2操作功能有輪詢配置主控模塊2完成內(nèi)部資源的配置，完成后，打開通訊模塊1電源，上傳應答信息，上傳完畢，關(guān)斷通訊模塊1電源。開機主控模塊2打開發(fā)射模塊4、接收模塊5、DSP模塊3、通訊模塊1等電路的電源，所有模塊全部加電。主控模塊2通過SPI通訊口對DSP模塊的發(fā)射聲源和接收處理樣本進行配置，完成后整機處于等待命令的狀態(tài)。測距上位機7發(fā)送測距同步指令，主控模塊2觸發(fā)DSP模塊3產(chǎn)生預設(shè)的聲學信號。發(fā)射完成后關(guān)閉發(fā)射模塊4電源；DSP模塊3完成測距后通過SPI通訊口將數(shù)據(jù)送給主控模塊2，主控模塊2關(guān)閉接收模塊5和DSP模塊3的電源；主控模塊2將接收數(shù)據(jù)打包生成通訊協(xié)議數(shù)據(jù)包，打開通訊模塊1電源，通過UART通訊口將數(shù)據(jù)上傳，數(shù)據(jù)上傳完畢關(guān)閉通訊模塊1電源。查詢主控模塊2打開所有模塊的電源，模塊內(nèi)部 ADC (Analog-to-DigitalConverter模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊)測量電池電壓并上傳測量結(jié)果，測量完成后關(guān)斷各模塊電源。淺休眠主控模塊2關(guān)閉所有模塊電源，關(guān)閉模塊內(nèi)部除了時鐘源以外所有外設(shè)電源，模塊時鐘切換到低速運轉(zhuǎn)；定時8s鐘以后，打開模塊內(nèi)部外設(shè)電源，打開通訊模塊電源，等待指令，IOOrns以后沒有接收到指令重新進入休眠。深休眠主控模塊2關(guān)閉所有模塊電源，關(guān)閉模塊內(nèi)部除了時鐘源以外所有外設(shè)電源，模塊時鐘切換到低速運轉(zhuǎn)；定時8分鐘以后，打開模塊內(nèi)部外設(shè)電源，打開通訊模塊電源，等待顯控指令，Is以后沒有接收到指令重新進入深度休眠。主控模塊2與通訊模塊1之間通信通過SCI來實現(xiàn)，與DSP模塊3之間通信通過 SPI來實現(xiàn)。如圖4所示，本發(fā)明中，DSP模塊3包括復解調(diào)單元31、數(shù)字采樣單元32、核心單元33與邏輯處理單元；34。其中復解調(diào)單元31接收接收模塊5發(fā)送來的信號，進行復解調(diào)后發(fā)送到數(shù)字采樣單元 32 ；數(shù)字采樣單元32接收復解調(diào)單元31發(fā)送來的信號，進行采樣后發(fā)送到核心單元33 ；核心單元33接收數(shù)字采樣單元32發(fā)送來的信號，進行信號序列操作后與主控模塊2進行數(shù)據(jù)交互；邏輯處理單元34 —端分別通訊連接復解調(diào)單元31、數(shù)字采樣單元32及核心單元 33，另一端通訊連接發(fā)射模塊4，邏輯處理單元34接收核心單元33發(fā)送來的信號，并發(fā)送到發(fā)射模塊4，邏輯處理單元34還分別向復解調(diào)單元31、數(shù)字采樣單元32及核心單元33發(fā)送邏輯處理指令。DSP模塊3主要構(gòu)成部分有TMS320VC5509A(數(shù)字信號處理芯器)及 SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步動態(tài)隨機存儲器)、FLASH (閃速存儲器)等組成的用于數(shù)字信號處理的核心單元33，CPLD (Complex Programmable Logic Device，可編程邏輯器)組建的邏輯處理單元34，模擬信號的復解調(diào)單元31，基帶復信號的數(shù)字采樣單元32等組成。DSP模塊 3 通過將McBSPs (Multimedia Processor Multichannel BufferedSerial Ports，多通道緩沖串行接口)端口配置成SPI Serial Peripheral Interface,同步串行外設(shè)接口)從端口與主控模塊2建立聯(lián)系，DSP模塊3中的復解調(diào)單元31將接收模塊5輸出的模擬信號復解調(diào)到基帶，變成復基帶信號，供后一級的數(shù)字采樣模塊32進行數(shù)據(jù)采集。 DSP模塊3中的復解調(diào)的目的是降低接收信號的中心頻率，減輕ADC和DSP處理高速數(shù)據(jù)的壓力，同時保留信號的全部信息。節(jié)點發(fā)射聲信號中心頻率73kHz，帶寬士 10kHz。使用DSP模塊3中的復解調(diào)電路將信號中心頻率降至13kHz，帶寬維持不變，通帶信號帶寬成為3kHz 23kHz。DSP模塊3 中的復解調(diào)以后允許后一級ADC以74kSPS (sample per second，每秒采樣點數(shù))的采樣率對信號進行采樣。如圖5所示，本發(fā)明中，接收模塊5包括第一放大單元51、第二放大單元52、帶通濾波器53、第三放大單元M、第四放大單元55與輸出單元56。其中第一放大單元51接收換能器8信號進行前置放大后發(fā)送到第二放大單元52 ；第二放大單元52接收第一放大單元51發(fā)送來的信號進行預放后發(fā)送到帶通濾波器53 ；帶通濾波器53接收第二放大器52發(fā)送來的信號進行帶通濾波后發(fā)送到第三放大單元M ；第三放大單元M接收帶通濾波器53發(fā)送來的信號進行緩沖放大后發(fā)送到第四放大單元55 ；第四放大單元55接收第三放大單元M發(fā)送來的信號進行主放大后發(fā)送到輸出單元56 ；輸出單元56接收到第四放大單元55發(fā)送來的信號，進行差分處理輸出到DSP模塊3。接收模塊5將換能器8接收到的微弱信號放大、濾波、動態(tài)范圍壓縮等，完成完整的聲納接收功能。接收模塊5以0P462(集成運算放大器)為主要放大元件，該芯片具有低電壓、低功耗、軌對軌(Rail to Rail)輸入輸出等優(yōu)異的性能。濾波使用無源LC(電感電容)網(wǎng)絡(luò)，降低有源元件對接收信噪比的影響。動態(tài)范圍壓縮使用芯片供電電壓的限幅效應。如圖6所示，本發(fā)明中，發(fā)射模塊4包括功放單元41與匹配單元42。其中功放單元41接收DSP模塊3發(fā)送來的信號進行功率放大后發(fā)送到匹配單元42 ；匹配單元42接收功放單元41發(fā)送來的信號進行網(wǎng)聯(lián)匹配后發(fā)送到換能器8。發(fā)射模塊4實現(xiàn)DSP模塊3輸出信號的功率放大和換能器8匹配驅(qū)動。功放單元 41使用D類開關(guān)功放，采用電容儲能的方式提供發(fā)射脈沖期間的電源供應。輸出脈沖信號通過功率耦合變壓器進行升壓和功率傳遞，并完成換能器8電容阻抗的匹配。發(fā)射模塊4達到如下性能啟動時間1s;發(fā)射中心頻率73kHz，通帶50kHz IOOkHz ；發(fā)射功率25Wp-p@100Ω 負載；收發(fā)轉(zhuǎn)換電阻JkQ;輸入TTL電平。電源模塊6實現(xiàn)電池電壓到各個供電電壓的轉(zhuǎn)換，提供給各個工作模塊所需電壓電流的電源。電池組提供2V 3. 6V的電壓，由電源模塊6進行轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定電壓，保證各個模塊的穩(wěn)定工作。模塊使用一片TI公司的DC/DC轉(zhuǎn)換器TPS61032實現(xiàn)電池電壓至+5V總線電壓的轉(zhuǎn)換；使用TI公司的DC/DC轉(zhuǎn)換器TPS61031實現(xiàn)電池電壓至+3. 3V的電壓轉(zhuǎn)換， 提供主控模塊2使用；使用Linear公司的LT3467A實現(xiàn)+5V總線電壓至士9V/士 15V等雙向電壓轉(zhuǎn)換，提供給各個模塊的模擬電路使用。+3. 3V的主控模塊2電源由電池直接供電，上電即行。其余電源模塊6輸入端受到主控模塊2控制，是否工作由主控模塊2決定。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高，可實現(xiàn)各種模式切換從而達到智能化操作，且獨立成為集成系統(tǒng)，便于推廣使用。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍， 因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)，其特征在于，包括通訊模塊(1)，所述通訊模塊(1)連接設(shè)置在主控模塊( 與上位機(7)之間，并在所述主控模塊( 與上位機(7)之間進行數(shù)據(jù)交互；主控模塊O)，所述主控模塊( 一端通過所述通訊模塊(1)通訊連接所述上位機(7)，另一端通訊連接DSP模塊(3)、發(fā)射模塊(4)及接收模塊(5)，所述主控模塊( 分別與所述通訊模塊(1)及DSP模塊C3)之間進行數(shù)據(jù)交互，所述主控模塊( 還向所述DSP模塊(3)、發(fā)射模塊⑷及接收模塊(5)發(fā)送控制指令，控制所述DSP模塊(3)、發(fā)射模塊(4) 及接收模塊(5)動作；DSP模塊(3)，所述DSP模塊C3) —端通訊連接所述主控模塊O)，另一端通訊連接所述發(fā)射模塊(4)與接收模塊(5)，所述DSP模塊C3)按照所述主控模塊( 控制指令產(chǎn)生信號序列，并發(fā)送給所述發(fā)射模塊G)，所述DSP模塊C3)接收所述接收模塊( 發(fā)送來數(shù)據(jù)，提取目標信號并計算時延值后發(fā)送到所述主控模塊O)；發(fā)射模塊G)，所述發(fā)射模塊(4) 一端通訊連接所述DSP模塊(3)，另一端連接換能器(8)，所述發(fā)射模塊(4)將所述DSP模塊C3)發(fā)送來的信號序列發(fā)射到所述換能器(8)，所述發(fā)射模塊(4)還接收所述主控模塊( 發(fā)送來的指令并進行模式切換；接收模塊(5)，所述接收模塊( 一端通訊連接所述DSP模塊(3)，另一端連接所述換能器(8)，所述接收模塊( 將所述換能器(8)發(fā)送來的信號進行預處理后發(fā)送到所述DSP 模塊(3)，所述接收模塊( 還接收所述主控模塊( 指令并進行模式切換；電源模塊(6)，所述電源模塊(6)分別連接所述通訊模塊(1)、主控模塊O)、DSP模塊 (3)、發(fā)射模塊(4)與接收模塊(5)，并向所述通訊模塊(1)、主控模塊(2)、DSP模塊(3)、發(fā)射模塊(4)與接收模塊( 進行供電。
2.如權(quán)利要求1所述的海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)，其特征在于所述通訊模塊⑴包括阻抗匹配單元(11)，所述阻抗匹配單元(11) 一端通過耦合線圈通訊連接所述上位機(7)，另一端分別通訊連接前置放大單元(1 與功率驅(qū)動單元(18)，所述阻抗匹配單元 (11)接收所述上位機(7)經(jīng)所述耦合線圈發(fā)送來的信號，進行阻抗匹配后發(fā)送到所述前置放大單元(12)，所述阻抗匹配單元(11)還接收所述功率驅(qū)動單元(18)發(fā)送來的信號，進行阻抗匹配后經(jīng)所述耦合線圈發(fā)送到所述上位機(7)；前置放大單元(12)，所述前置放大單元(1 兩端分別通訊連接所述阻抗匹配單元 (11)與濾波器(13)，所述前置放大單元(1 接收所述阻抗匹配單元(11)發(fā)送來的信號， 進行前置放大后發(fā)送到所述濾波器(13)；濾波器(13)，所述濾波器(1 兩端分別通訊連接所述前置放大單元(1 與主放大單元(14)，所述濾波器(1 接收所述前置放大單元(1 發(fā)送來的信號，進行濾波后發(fā)送到所述主放大單元(14)；主放大單元(14)，所述主放大單元(14)兩端分別通訊連接所述濾波器(1 與解調(diào)單元(15)，所述主放大單元(14)接收所述濾波器(1 發(fā)送來的信號，進行放大后發(fā)送到所述解調(diào)單元(15)；解調(diào)單元(15)，所述解調(diào)單元(1 兩端分別通訊連接所述主放大單元(14)與邏輯接口單元(16)，所述解調(diào)單元(1 接收所述主放大單元(14)發(fā)送來的信號，進行解調(diào)后發(fā)送到所述邏輯接口單元(16)；邏輯接口單元(16)，所述邏輯接口單元(16) —端分別通訊連接所述解調(diào)單元(15)與調(diào)制單元(17)，另一端通訊連接所述主控模塊0)，所述邏輯接口單元(16)接收所述解調(diào)單元(1 發(fā)送來的解碼后發(fā)送到所述主控模塊O)，所述邏輯接口單元(16)將所述主控模塊( 發(fā)送來的數(shù)字響應信號發(fā)送到所述調(diào)制單元(17)；調(diào)制單元(17)，所述調(diào)制單元(17)兩端分別通訊連接所述邏輯接口單元(16)與功率驅(qū)動單元(18)，所述調(diào)制單元(17)接收所述邏輯接口單元(16)發(fā)送來的數(shù)字響應信號，進行調(diào)制后發(fā)送到所述功率驅(qū)動單元(18)；功率驅(qū)動單元(18)，所述功率驅(qū)動單元(18)兩端分別通訊連接所述阻抗匹配單元 (11)與調(diào)制單元(17)，所述功率驅(qū)動單元(18)接收所述調(diào)制單元(17)發(fā)送來的調(diào)制信號，進行功率放大后發(fā)送到所述阻抗匹配單元(11)。
3.如權(quán)利要求1所述的海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)，其特征在于所述主控模塊⑵包括數(shù)據(jù)單元(21)，所述數(shù)據(jù)單元在所述通訊模塊(1)與DSP模塊(3)、發(fā)射模塊(4) 及接收模塊( 之間進行數(shù)據(jù)交互；指令單元(22)，所述指令單元0 向所述DSP模塊(3)、發(fā)射模塊(4)及接收模塊(5) 發(fā)送指令，控制所述DSP模塊(3)、發(fā)射模塊(4)及接收模塊( 動作。
4.如權(quán)利要求1所述的海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)，其特征在于所述DSP 模塊⑶包括復解調(diào)單元(31)，所述復解調(diào)單元(31)接收所述接收模塊( 發(fā)送來的信號，進行復解調(diào)后發(fā)送到數(shù)字采樣單元(32)；數(shù)字采樣單元(32)，所述數(shù)字采樣單元(3 接收所述復解調(diào)單元(31)發(fā)送來的信號， 進行采樣后發(fā)送到核心單元(33)；核心單元(33)，所述核心單元(3 接收所述數(shù)字采樣單元(3 發(fā)送來的信號，進行信號序列操作后與所述主控模塊( 進行數(shù)據(jù)交互；邏輯處理單元(34)，所述邏輯處理單元(34) —端分別通訊連接所述復解調(diào)單元(31)、 數(shù)字采樣單元(3 及核心單元(33)，另一端通訊連接所述發(fā)射模塊G)，所述邏輯處理單元(34)接收所述核心單元(3 發(fā)送來的信號，并發(fā)送到所述發(fā)射模塊G)，所述邏輯處理單元(34)還分別向所述復解調(diào)單元(31)、數(shù)字采樣單元(3 及核心單元(3 發(fā)送邏輯處理指令。
5.如權(quán)利要求1所述的海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)，其特征在于所述接收模塊(5)包括第一放大單元(51)，所述第一放大單元(51)接收所述換能器(8)信號進行前置放大后發(fā)送到第二放大單元(52)；第二放大單元(52)，所述第二放大單元(5 接收所述第一放大單元(51)發(fā)送來的信號進行預放后發(fā)送到帶通濾波器(53)；帶通濾波器(53)，所述帶通濾波器(5 接收所述第二放大器(5 發(fā)送來的信號進行帶通濾波后發(fā)送到第三放大單元(54)；第三放大單元(M)，所述第三放大單元(54)接收所述帶通濾波器(5 發(fā)送來的信號進行緩沖放大后發(fā)送到第四放大單元(55)；第四放大單元(55)，所述第四放大單元(5 接收所述第三放大單元(54)發(fā)送來的信號進行主放大后發(fā)送到所述輸出單元(56)；輸出單元(56)，所述輸出單元(56)接收到所述第四放大單元(5 發(fā)送來的信號，進行差分處理輸出到所述DSP模塊(3)。
6.如權(quán)利要求1所述的海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)，其特征在于所述發(fā)射模塊⑷包括功放單元(41)，所述功放單元接收所述DSP模塊(3)發(fā)送來的信號進行功率放大后發(fā)送到匹配單元G2)；匹配單元(42)，所述匹配單元0 接收所述功放單元Gl)發(fā)送來的信號進行網(wǎng)聯(lián)匹配后發(fā)送到所述換能器(8)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種海洋拖曳多線陣聲學定位裝置測控系統(tǒng)，包括通訊模塊在主控模塊與上位機之間進行數(shù)據(jù)交互；主控模塊分別與通訊模塊及DSP模塊之間進行數(shù)據(jù)交互，并控制DSP模塊、發(fā)射模塊及接收模塊動作；DSP模塊產(chǎn)生信號序列發(fā)送給發(fā)射模塊，將接收模塊發(fā)送來數(shù)據(jù)，提取目標信號并計算時延值后發(fā)送到主控模塊；發(fā)射模塊將DSP模塊發(fā)送來的信號序列發(fā)射到換能器；接收模塊將換能器發(fā)送來的信號進行預處理后發(fā)送到DSP模塊；電源模塊向通訊模塊、主控模塊、DSP模塊、發(fā)射模塊與接收模塊進行供電。本發(fā)明采用主控模塊，實現(xiàn)智能化控制，采用通訊模塊使得通訊精度更高，采用接收模塊與發(fā)射模塊，使得信號的采集與發(fā)射更加穩(wěn)定、可靠。
文檔編號G05B19/042GK102183798SQ201110032908
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月30日
發(fā)明者葉健, 徐亮, 蔣國軍, 鄭強, 阮福明, 黃德友 申請人:中國海洋石油總公司, 中海油田服務股份有限公司