[发明专利]基于ADCP的低噪声高精度信号处理系统

说明书

技术领域

本发明属于海洋探测技术领域，涉及用于海洋水体流速探测的多普勒流速剖面仪ADCP，具体指一种基于多普勒流速剖面仪ADCP的低噪声高精度信号接收处理系统。

背景技术

ADCP即声学多普勒流速剖面仪是基于声学多普勒原理研制的一种测量水体流速的设备，它主要通过换能器发射声波，声波在水中产生反射，再被换能器接收。而换能器所能接收的待测声波信号是少量的，大部分声信号会被水体吸收或反射到其他方向；因此，换能器能接收到的信号强度大概只有0.3mV左右的微弱电压信号。而换能器接收进来的是差分信号，在这些信号中还有不少的共模信号和噪声，我们一般采用差分转单端的方式消除这些前段噪声。首先，由传统的放大器完成的差分转单端方式虽然可以从一定程度上抑制这些噪声，但是同时也带来了放大器自身的噪声，由于我们的信号强度仅为mV级的强度，就为后面的滤波电路设计增加了难度。其次，放大器本身是有功耗的，也为降低功耗带来了难度。再有， ADCP接收的是宽带信号，而放大器对信号是具有一定带宽限制的。最后，在外围电路设计方面，放大器设计的差分转单端外围电路较为复杂，成本较高；可见传统声信号前级设计存在诸多缺陷。除此之外，在后级滤波处理中，经电路放大、滤波后的信号虽然达到了可以采样的电压值，但往往电路上的噪声依然比较大，应用16位AD采样时可能造成后几位信号失效。现有的技术一般采用多级有源滤波电路，或使用纹波较小的电源，或是将AD采样部分进行数字和模拟两部分分离。但最终结果仍旧差强人意，不能有效解决上述问题。其中， ADCP的系统框图如图2所示。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种基于ADCP的低噪声高精度信号处理系统，能对由换能器接收的待测微弱回波信号进行模拟降噪和高精度提取，有效降低了滤波电路和数字处理电路的设计难度，提高了数字处理的精度。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于ADCP的低噪声高精度信号处理系统，包括依次连接的RF变压器、滤波放大电路、无源π滤波器和跟随电路；所述处理系统设置在ADCP的接收模块内，能够对由换能器接收的差分信号进行模拟降噪和高精度提取，并将处理后的信号发送给AD数字处理模块；

RF变压器的输入端与换能器模块连接，用于将差分信号转为单端信号；接入RF射频变压器具有多重优势，首先，RF变压器属于无源器件，不会带来额外的能耗，其在处理信号时不会添加额外的自身噪声，易于后面滤波电路设计；其次，由于ADCP处理的是宽带信号，而RF变压器的带宽限制较宽；最后，RF变压器的电路构造简单，易与实现，成本低廉。

滤波放大电路主要由前级放大电路、无源带通滤波单元、四阶有源带通滤波单元和后级放大电路组成，用于声信号的前级滤波；

无源π滤波器为低通滤波器，可以让信号在进入AD数字处理模块前得到有效的滤波，用于声信号的二次滤波；

跟随电路的输出端与AD数字处理模块连接，用于降低输出信号阻抗，稳定AD数字处理模块输入端的电压；

作为本发明的优选技术方案：所述ADCP的接收模块包含四路相同的低噪声高精度信号处理系统，与换能器模块的四路换能器阵列一一对应。

作为本发明的优选技术方案：所述系统设有独立的电源模块，电源模块通过外接直流电提供系统工作所需的电源。

作为本发明的优选技术方案：所述电源模块采用先DC-DC降压芯片、后LDO稳压器的供电方式。这样做的好处有两方面：一方面通过一款转换率高达90%以上的、底噪声的DC-DC降压芯片(LMZ12003)将+12V电源转换到较底电压±5V，利于电源的利用效率；另一方面，将较底±5V电压变换为我们所需的±2.5V电压，这样做会大大减小电源噪声。

作为本发明的优选技术方案：所述AD数字处理模块分割为数字地和模拟地两部分，两地之间通过0R电阻连接。

本发明的有益效果是：一方面对接收模块进行改进，增加低噪声高精度信号处理系统，通过合理设置RF射频变压器、无源π滤波器和电压跟随电路，能对由换能器接收的待测微弱回波信号进行模拟降噪和高精度提取，有效降低了滤波电路和数字处理电路的设计难度，提高了数字处理的精度。另一方面，我们对电源和地进行处理，电源部分的改进能有效增加电源利用率，减少电源噪声对后级电路的干扰。地部分的改进能实现数字、模拟地的分割，有效减少由数字电路部分所产生的噪声对模拟部分造成的干扰，提高模拟部分的测量精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意框图；

图2为ADCP系统的结构示意框图；