一种基于跳频编码技术的声系统值班接收系统设计方法

　　0 引言

　　在利用声波对海洋环境进行监测的活动中,值班接收系统是水下节点必不可少的组成部分。值班接收系统的主要任务是接收来自水听器的小信号,通过信号处理和判决,将处理结果送至控制电路。值班接收系统在水下需长时间工作,可靠性与稳定性是衡量其性能好坏的重要指标。本文所介绍的值班接收系统,采用硬件频率分析与软件逻辑判别、译码相结合的跳频编码技术,抗干扰能力强,能较好地兼顾以上技术要求。该系统由前期滤波放大模块、硬件频率分析模块、软件逻辑判别和译码模块构成。系统组成见图1。

　　1 前期滤波、放大模块

　　1.1 预处理模块

　　预处理模块由前放电路和宽带滤波器组成。其中前放电路增益为20 dB。

　　1.2 主放模块

　　主放模块为二级放大电路,其中每一级为20dB,总增益为40 dB。

　　2 硬件频率分析模块

　　2.1 滤波模块

　　滤波模块分为3个通道,共由3个不同技术指标的窄带机械滤波器组成。这3个滤波器的技术指标如表1所示。

　　其中,各个滤波器通带带宽为2Δfa;止带带宽为2Δfb

　　2.2 二次放大模块

　　在滤波模块后为二次放大模块,也分为3路,分别对通过滤波模块3个通道的信号进行放大。该放大模块也为二级放大电路,其中每一级为20 dB,总增益为40 dB。

　　2.3 频率分析模块

　　频率分析模块全部由硬件电路实现,依据值班接收系统接收信号码元频率的不同,分为3个通道。每1个通道为一组数字鉴宽电路。数字鉴宽电路由计数器、单稳、检波等电路构成。频率分析模块根据率和信号的脉冲宽度,设定好每一路计数器的计数个数。当接收系统接收信号时,只有信号的脉宽超过预定宽度的条件下,系统才认定该信号有效,此时电路向后级单片机控制电路输出1个高有效的视频脉冲。这样每一路依据一定的时序,向后级单片机控制电路共输出3个高有效的视频脉冲。

　　2.4 小结

　　以往的值班接收系统,工作指令一般以CW脉冲编、译码方式为主,功耗较大,遥控可靠性不高。采取硬件频率分析与软件逻辑判别的低功耗三元JF编、译码方式,解决了低功耗与遥控高可靠性的矛盾。特别是使本系统的误“上电”趋于0,确保了系统的工作质量。值班接收系统工作流程如图2所示。

　　3 软件逻辑判别、译码模块

　　软件逻辑判别、译码模块主要由单片机及其外围电路构成。硬件频率分析模块向单片机控制电路共输出3个端口,即P111, P112, P113。依据时序的不同,定义信号的3个时序分别为T1,T2,T3。在每一个时序里,每1个端口电平的高低状态是不同的。单片机控制电路根据每个端口状态的不同,通过程序运行,输出不同的指令。图3和图4即为软件逻辑判别、译码模块进出信号示意图以及在执行一条指令时P111,P112,P113控制端口的时序图。