基于CPLD的水中主动声探测仪计数检波器设计

　　以某水中武器为应用背景的主动声探测仪,主要用于水中近距目标探测.为了提高对目标的作用效果,在目标区一般有多个主动声探测仪同时独立对目标进行探测,文献[1]提出了根据回波信号中多普勒频移的大小来进行敌我识别的方法,并给出了多普勒频移的具体范围为2.29 kHz～7.14 kHz.主动声探测仪接收换能器接收到目标回波后,经过放大、混频和滤波电路,就会有多普勒信号输出,最后经过检波器,送入控制电路进行判决,在主动声探测仪距离目标位置为最佳时,发出作用信号.检波器是水中主动声探测仪回波信号处理电路的重要环节,直接关系到探测的灵敏度与可靠性.由于多普勒信号中包含的脉冲个数较少,因此要求检波器检波线性好、死区小、惰性失真小[2],并且要有较强的抗干扰能力,因为尽管在信号处理电路中已经采取了诸如限幅、滤波措施,但是在检波器的输入端,仍然难以避免一些冲击尖峰信号的干扰.传统的二极管包络检波电路不能满足以上要求[3],本文对一种基于CPLD的新型计数检波器进行了设计和实现.

　　1　计数检波器的工作原理

　　水中主动声探测仪中的探测信号脉冲宽度为1ms、频率为500 kHz,图1是典型的回波信号波形,其中波形a为接收换能器接收到的回波信号经过放大后的波形;波形b为放大后的回波信号经过混频和滤波得到的多普勒差频信号(检波器的输入信号),频率为2.29 kHz～7.14 kHz[1],宽度S略大于1ms(多路径效应引起的脉冲展宽).在1ms时间内,多普勒差频信号包含3～7个脉冲,而干扰脉冲(串)信号的频率和持续时间不具有这样的特征.利用多普勒差频信号的这一特点,我们设计了一种新型检波器计数检波器.

　　计数检波器的外部引脚定义如图2所示,输入引脚:reset表示复位信号,shuru表示输入信号,clk表示时钟信号(2 MHz方波);输出引脚:d[3∶0]表示计数值,shuch表示检波输出信号.计数检波器的基本工作原理是:shuru信号的第一个脉冲的下降沿引起触发器动作,启动计时器(对clk信号进行计数,计数到2000所用时间即为1ms),同时计数器对shuru信号进行计数.当计时时间(1 ms)结束时,计时器停止计时,并输出控制信号给计数器和判决器,一方面停止计数器,另一方面触发判决器读取计数值.设统计到的脉冲个数为N,则shuru信号的频率为N×1 kHz,当N值在3～7范围内时,判决器拉高shuch信号电平,输入到主动声探测仪中心控制电路,进行测距,同时中心控制电路输出reset信号将计数检波器复位,将计数值、计时器清零,恢复shuch信号为低电平,开始下一轮检波;否则当N值不在3～7范围内时,shuru信号不是有效的回波信号,将计数值、计时器清零,重新开始检波.