[发明专利]一种用于海洋环境噪声测量的水声接收机

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理和水声测量等领域。 

背景技术

海洋环境噪声，也称自然噪声，是水声信道中的一种干扰背景场。海洋环境噪声级，是用无指向性水听器测得的海洋环境噪声的声强，为水声系统的一个重要参数。当对水声系统的作用距离进行预报时，需要知道海洋环境噪声级；另外在水声信号处理方案的设计中，从抗干扰的角度出发，除了需要知道代表平均能量的海洋环境噪声级外，还要求充分掌握噪声场的时空统计特性，找出并利用信号场与噪声场在时空统计特性方面的差异，以提高设备的抗干扰能力。因此，对噪声场的研究与对信号场的研究具有同等的重要性，而研究海洋环境噪声的前提是要准确、无失真地测量得到海洋环境噪声。 

水声接收机的作用是将水听器得到的水声信号进行高保真放大、滤波、动态范围压缩后传输给数据采集系统。现有的水声接收机都是针对常用的水声信号而设计的，其动态范围的压缩是将放大滤波后的水声信号通过检波器检出信号的包络，然后经预先设定的窗口比较器进行比较，判断放大倍数是要增大或减小后，调整放大器的增益，使最终输出的信号幅度满足数据采样的范围。由于海洋环境噪声信号是随机信号，信号幅度变化剧烈，其波峰因素大，不适合通过包络检波器获得信号幅度从而调整水声接收机的增益；而且电压信号判定门限采用窗口比较器这种硬件电路实现方式，设计不灵活且精度易受影响；再者，测量海洋环境噪声不仅要得到高保真放大后的信号，还需要记录噪声信号的放大倍数以便计算海洋环境噪声级和分析噪声场的时空统计特性。因此，现有的水声接收机不能满足测量海洋环境噪声的要求。 

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种针对海洋环境噪声测量的水声接收机，能够精确得到适合采集系统处理的海洋环境噪声信号，并可以通过上位机的人机交互界面观察、存储和设定水声接收机的增益值。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括增益可变放大电路、低通滤波、后级放大电路、真有效值转直流电路、主控制器电路和上位机。带前级放大的水听器 将海洋环境噪声转换为电压信号，传输给增益可变放大电路，放大后对信号低通滤波，通过带高通滤波的后级放大电路输出，输出信号通过真有效值转直流电路得到信号的有效值，主控制器电路采集并根据此有效值大小更新增益码从而调节增益可变放大电路的放大倍数，主控制器和上位机通信，将水声接收机的增益量传递给上位机，也可以通过上位机来设定水声接收机的增益量。 

所述的增益可变放大电路选用数字可编程增益仪表放大器AD8253。 

所述的后级放大电路采用运算放大器AD8620，带有截止频率为20Hz的高通滤波。 

所述的真有效值转直流电路采用均方根-直流转换器AD8436。 

所述的主控制器采用RS422串口方式与上位机通信。 

本发明的有益效果是：在分析了测量海洋环境噪声需求的基础上，提出了基于自动增益控制的水声接收机设计方案，构建了接收机硬件平台。本发明以低功耗微控制器作为系统的主控单元，采用真有效值转直流电路获取放大后信号的有效值作为增益控制的调节因子，与主控制器内部软件设定的窗口门限值比较得到增益码，进而自动调整增益可变放大器的放大量。发明的设计灵活、精度高、功耗低、体积小、性能稳定，能够使处理后的海洋环境噪声信号满足后续数据采集的动态范围。另外，利用微控制器的串口通信功能，能够将调整后的增益量实时地传送给上位机，水声接收机也可按上位机设定的增益量对海洋环境噪声进行处理，且人机交互接口友好。 

附图说明

图1是水声接收机的系统总体框架图； 

图2是增益可变放大电路图； 

图3是低通滤波电路图； 

图4是带高通滤波的后级放大电路图； 

图5是真有效值转直流电路图； 

图6是主控制器及外围器件电路图； 

图7是主控制器的增益控制软件流程图。 

具体实施方式