[发明专利]一种基于浮标平台的水声信号同步时刻计算系统及方法

说明书

一种基于浮标平台的水声信号同步时刻计算系统及方法，用于计算在不同的浮标平台上接收到的同一水声信号，在统一的时间基准上的时刻。使用GPS接收机提供精确的秒脉冲作为时间参考，提供GPS世界时信息用于同步时刻计算；使用数字信号处理器接收秒脉冲与GPS时间信息，并进行水声信号的同步时刻计算。数据处理以DSP定时器计时的1秒作为一个处理周期，以这1秒内接收到的秒脉冲信号对应的水声数据采样点序号作为时间精确对齐标志，根据秒脉冲和GPS时间信息之间的相对关系确定水声有效信号点的同步时刻的计算公式。本发明提供的同步时刻计算方法不需要将本地时间同步到GPS时间，可应用于需要快速响应的远岸多浮标水声定位系统的时间统一领域。

技术领域

本发明涉及一种信号的同步时刻计算系统及方法，具体涉及一种基于浮标平台的水声信号同步时刻计算系统及方法。

背景技术

声纳浮标是探测水下目标的浮标式声纳探测器，它与水声信号接收处理设备等组成浮标声纳系统，用于潜艇探测、目标定位、海底监测等。大多数的声纳浮标都是由蓄电池供电工作的，由于浮标的体积小且需要考虑配重，所以能携带的电池容量十分有限，而且声纳浮标往往布置在远海，换电池不方便，所以浮标对功耗的要求比较苛刻。虽然现在有不少海洋浮标额外配有太阳能蓄电设备，但是低功耗仍是浮标系统需要重点考虑的性能。

当前同步时刻计算方法主要有两种。一是依靠系统本身搭载高精度时钟源，如原子钟，由于高精度时钟源的成本较高，而且功耗较大，不适合运行于远岸工作的浮标平台。二是将本地系统的时间同步到授时基站，如GPS卫星，这种方案需要系统频繁的进行同步运算，浪费系统资源。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种基于浮标平台的水声信号同步时刻计算系统及方法，针对水声信号测量的同步时刻实时计算，实现低功耗、低成本。

本发明采用的技术方案为：

一种基于浮标平台的水声信号同步时刻计算系统，包括：浮标平台、水声信号采集单元、GPS接收机以及数字信号处理器。

浮标平台漂浮在水中，水声信号采集单元、GPS接收机以及数字信号处理器均安装在浮标平台上；水声信号采集单元用于在数字信号处理器的控制下按照设定的采样率采集水声信号；GPS接收机输出秒脉冲和GPS时间信息，用于提供时间同步参考；数字信号处理器接收水声信号数据、秒脉冲与GPS时间信息，并进行水声信号的同步时刻计算。

所述数字信号处理器包括信号提取模块、序号生成模块、秒脉冲接收单元、GPS时间信息接收单元、比较模块、同步时刻计算模块以及定时器。

水声信号采集单元采集到的水声信号送入信号提取模块以及序号生成模块，序号生成模块根据每个采样点的数据的到来顺序生成采样点序号，并将所述采样点序号提供给信号提取模块、秒脉冲接收单元以及GPS时间信息接收单元。

信号提取模块根据预设阈值进行有效信号检测，提取出有效水声信号，并将该有效水声信号对应的采样点序号送入同步时刻计算模块中。

秒脉冲接收单元接收GPS接收机输出的秒脉冲信号，并将秒脉冲信号对应的采样点序号送入比较模块和同步时刻计算模块。

GPS时间信息接收单元接收GPS接收机输出的GPS时间信息，并将GPS时间信息对应的采样点序号送入比较模块，将GPS时间信息送入同步时刻计算模块。

比较模块对秒脉冲信号对应的采样点序号和GPS时间信息的采样点序号大小进行比较，将脉冲和GPS时间信息的相对关系送入同步时刻计算模块中。

同步时刻计算模块根据秒脉冲和GPS时间信息的相对关系、秒脉冲信号对应的采样点序号、GPS时间信息以及有效水声信号对应的采样点序号，计算得到有效水声信号的同步时刻。

定时器持续产生1秒的定时时间，控制序号生成模块的清零周期和同步时刻计算模块的计算周期。