[发明专利]一种多通道声纳浮标信号预处理系统及方法

说明书

本发明公开了一种多通道声纳浮标信号预处理系统及方法，包括多个通道，每个通道包括水听器、屏蔽电缆、前置放大电路、相位调节电路、高通滤波电路、信号放大电路、幅度调节电路和低通滤波电路；本发明在设计低噪声前置放大电路的基础上，采用一体接地屏蔽技术有效降低预处理的宽带噪声干扰。使用高精度电阻、电容调节多通道一致性，利用电阻电容器件本身的可靠性确保多通道高一致性的稳定程度。本发明在实现低噪声预处理的同时，解决了多通道幅度、相位一致性差异的稳定问题，进而提高声纳的多通道预处理性能；同时结构简单，易于硬件实现，具有很强的实用性，便于推广使用。

技术领域

本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种声纳信号预处理系统。

背景技术

航空声纳浮标、吊放声纳等相关产品对水下目标远距离探测性能的优劣，严重依赖于微弱声纳信号的低噪声放大和滤波技术，将低噪声放大、滤波等技术概括为预处理技术。该类产品在单机工作或多基阵协同工作的时候，发射接收信号的频率往往是已知的。随着基阵技术的发展，声纳接收通道的数量急剧增加，为提高目标的探测距离和探测精度，在声纳系统工作的频点上对多通道预处理的低噪声、幅度一致性、相位一致性提出了极其严苛的要求。

国内目前在相关领域的低噪声、高一致性多通道声纳信号预处理技术主要有两种。第一种是选用低噪声运放和开关电容滤波器构建预处理电路。代明清等人在“多通道声纳信号预处理系统设计”(鱼雷技术，2012年)一文中介绍了类似的方案。该类技术的特点是依靠低噪声的运放实现低噪声预处理设计，选用开关电容滤波器芯片构建多级滤波电路。采用这种方法设计的电路在工作期间，预处理电路板上始终存在开关电容滤波器的配置时钟频率信号，且该频率信号在滤波器通带范围以内，随着预处理通道数量的增加，容易导致预处理系统的宽带等效噪声干扰偏大。该设计方法多通道间的幅度、相位一致性，严重依赖于开关电容滤波器芯片的一致性，随着工作温度的变化，多通道间芯片指标一致性难以保证。

第二种是使用电位器调节通道间的幅度、相位一致性。王峰等人在“高精度声纳信号预处理系统的研究”(数据采集与处理，2002年)一文中介绍了类似的方案，相关技术已于上世纪90年代中期应用于某型航空吊放声纳的多通道预处理系统。该类技术的特点是在多阶滤波电路的设计中使用电位器替代某个电阻，通过电位器调整滤波频带响应，实现多通道相位一致性的调节，同时使用另一个电位器作为运放的反馈电阻，调节多通道的幅度一致性。采用这种方法设计的多通道系统，能够在短期内实现多通道的高一致性。由于电位器器件本身的稳定性差，声纳设备在使用期间始终处于振动状态，时常经历高低温环境的冲击，容易导致多通道一致性变差。

现有研究在一定技术指标范围内给出了声纳信号预处理的设计方法，但在工程应用中仍存在噪声干扰偏大，幅度和相位一致性难以保持的问题，进而影响到整体声纳系统的性能指标。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多通道声纳浮标信号预处理系统及方法，包括多个通道，每个通道包括水听器、屏蔽电缆、前置放大电路、相位调节电路、高通滤波电路、信号放大电路、幅度调节电路和低通滤波电路；本发明在设计低噪声前置放大电路的基础上，采用一体接地屏蔽技术有效降低预处理的宽带噪声干扰。使用高精度电阻、电容调节多通道一致性，利用电阻电容器件本身的可靠性确保多通道高一致性的稳定程度。本发明在实现低噪声预处理的同时，解决了多通道幅度、相位一致性差异的稳定问题，进而提高声纳的多通道预处理性能；同时结构简单，易于硬件实现，具有很强的实用性，便于推广使用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种多通道声纳浮标信号预处理系统，包括多个通道，每个通道包括水听器、屏蔽电缆、前置放大电路、相位调节电路、高通滤波电路、信号放大电路、幅度调节电路和低通滤波电路；

所述水听器输出的声纳信号通过屏蔽电缆输入前置放大电路，所述前置放大电路的输出依次经过相位调节电路、高通滤波电路、信号放大电路、幅度调节电路和低通滤波电路，输出经过预处理的声纳信号；