水声应答器的数字信号处理模块设计

　　水声应答器作为一种不可缺少的实验设备得到了广泛的应用。应答器主要用于试验目的，既可以作为普通信号源又可作为应答设备使用，可实现对待测设备的测试与校准。由于其成本较低，应用普遍，已经成为水声试验中的常用仪器。高速数字信号处理芯片的发展也为设计性能更加优良的应答器系统提供了条件。目前国内还没有专门从事水声应答器生产的公司，国外在这方面起步较早，型号较全，基本可以满足不同海洋条件下特定任务的需要。其中法国的Oceano Technologies，美国的Benthos是从事水声设备研制的公司，许多发达国家的海军及海洋研究所都有它们的产品，同时它们的产品也已经成为业内的标准，代表着当今世界的先进水平。本文所介绍的应答器系统是根据我国水声设备的应用需要而自行设计的专用实验装置。该应答器系统可以接收多种命令码，使其工作在信标或应答状态下。该系统可以产生CW脉冲，双曲调频和钟形脉冲信号。每一信号类型都有多种中心频率、脉宽和周期可供选择，以满足不同应用需要。系统处于应答状态时，对于不同的信号类型也能提供不同反射强度、多普勒和延迟时间的选择。系统提供了多种命令码可以实时切换工作状态和参数，增加了系统灵活性。

　　1 系统组成与技术指标

　　图1给出了应答器的功能模块组成，箭头的方向就是信号的流向。在信标方式时，仅仅是根据要求发射信号，所以这时不使用模拟调理模块。在DSP中已按规定信号模式造好了待发射的信号采样数据，等发射中断来时就传输给DA转换器，平滑滤波后便进入功率发射模块。

　　在应答方式时，对调理电路处理过的接收信号进行采样，一次自适应数字滤波，然后将其通过两个跟随性不同的一阶平滑滤波器，根据这两个滤波器输出的比值实时判断出信号的有无。若信号出现，则在自适应滤波完全稳定之后，对信号强度进行计算。根据此接收强度加上反射强度查到对应的发射强度值，加载至之前准备好的发射采样数据上，接下来便和信标方式一样发射信号了。

　　工作状态，判断是信标还是应答状态，然后进入各自对应的子程序。

　　本系统应答功能模块的信号处理中应用了自适应Notch 滤波器[3]，并采用了两个M值大小不同的一阶递归滤波器[5]。自适应Notch滤波器是一种中心频率可调的窄带滤波器，又名陷波滤波器或V型滤波器[4]。在某些情况下，有用信号受到一个或多个加性正弦干扰的污染，可以使用这种自适应陷波器来消除正弦干扰。

　　本系统利用这种自适应滤波器主要是为了提高窄带信号的信杂比。参见图2，当参考输入为正弦信号cos(t)οω 时，参考输出y(t)将通过权值调整逐渐接近原始输入x(t)中的正弦信号。因此，我们以参考输出y(t)作为有用信号，而误差信号ε(t)在这里就是噪声干扰。从而达到提高窄带信号输出信噪比的目的。