本发明涉及水声定位导航技术领域，尤其涉及一种北斗同步及遥控的多信号体制水声定位信标系统。
背景技术：
目前，用于给水下目标定位的水声定位系统主要有合作式和非合作式，北斗同步及遥控的多体制信号水声定位信标系统为合作式水声定位系统提供合作声源。近年来，随着对水声设备要求越来越高，多信号体制声学定位系统越来越多的被使用。而现有通用声信标信号体制单一，无法满足多信号体制声学定位系统的测量需求，同时通用声信标采用GPS模块完成时统授时，使用时间预编程策略完成工作模式切换，一经设置海上使用时无法更改切换，因此需要借助北斗通讯授时模块进行维修改造，并扩展远程参数设置与状态切换功能。
技术实现要素：
本发明提供了一种北斗同步及遥控的多信号体制水声定位信标系统，可以在设置的频段内任意设定，信号形式由单一的CW体制，改为CW、LFM任选，增加了实用性；将系统同步对时由GPS系统改为北斗系统，工作参数设定模式改造，保留预编程的前提下增加采用北斗模块遥控实现工作参数设置，能够完成声信标开、关机控制、声信标参数设置、数据导出、检测及相关信息显示功能。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种北斗同步及遥控的多信号体制水声定位信标系统，由声信标主体电子硬件系统和辅助设备硬件系统组成，所述的辅助设备硬件系统包括试验台及船载控制端、电池充电器和北斗通讯模块单元，所述的声信标主体电子硬件系统采用模块化设计，包含通用同步声信号生成单元、北斗通讯授时模块、宽带换能器发射单元、电源供给单元、双压力传感器单元，所述的声信标主体电子硬件系统通过两套水密接插件分别与试验台及船载控制端与电池充电器连接。
作为本发明的一个优选的技术方案，通用同步声信号生成单元集成有主控模块、时统模块、信号产生模块及多路电压转换配给模块。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述的北斗通讯授时模块使用北斗卫星定位系统短报文功能（RDSS）完成远程上位机指令下达遥控，使用北斗卫星定位系统无源定位授时功能（RNSS）完成自动同步授时功能。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述的宽带换能器发射单元采用拼镶环结构柱型换能器，其三个柱形结构换能器硫化在一起，硫化后整体直径一致，在机械结构上是为单独1套换能器。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述的电源供给单元为锂电池，弱电电池组（+50V）电源经固态继电器电路输出至高压开关电源电路，分别转换为﹢3.7V2A、﹢5V2A、﹢5V3A合计3通道，分别供给弱电电路板、压力传感器及功放弱电、北斗通讯定位模块，其中﹢5V2A、﹢5V3A供给受主控单片机控制打开关闭；﹢3.7V2A在信标系统上电后自动打开，不受其他电路控制。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述的双压力传感器单元使用大、小两个量程压力传感器并联使用，大量程传感器负责全量程压力采集，小量程压力传感器用于门限设置，双压力传感器使用软件算法完成数据融合、并作故障判断，以提高系统测深精度与可靠性。
作为本发明的一个优选的技术方案，所述的试验台及船载控制端中的试验台平板计算机经USB-RS422总线转换器通过水密接插件与声信标主体电子硬件系统连接，试验台计算机通过本地上位机软件实现对信标的本地控制、参数设定、任务文件下载、压力/日志文件提取功能，船载控制端船的控制计算机经USB-RS422总线转换器连接GNB2A12北斗数传终端，经北斗RDSS服务卫星与声信标主体电子硬件系统远程连接，GNB2A12北斗数传终端使用外部19V3A电源适配器完成供电功能。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
可以在设置的频段内任意设定，信号形式由单一的CW体制，改为CW、LFM任选，增加了实用性；将系统同步对时由GPS系统改为北斗系统，工作参数设定模式改造，保留预编程的前提下增加采用北斗模块遥控实现工作参数设置，能够完成声信标开、关机控制、声信标参数设置、数据导出、检测及相关信息显示功能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅是本发明的一些实施例， 对于本领域普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
如图1所示，本实施例所述的一种北斗同步及遥控的多信号体制水声定位信标系统，由声信标主体电子硬件系统和辅助设备硬件系统组成，所述的辅助设备硬件系统包括试验台及船载控制端、电池充电器和北斗通讯模块单元，所述的声信标主体电子硬件系统采用模块化设计，包含通用同步声信号生成单元、北斗通讯授时模块、宽带换能器发射单元、电源供给单元、双压力传感器单元，所述的声信标主体电子硬件系统通过两套水密接插件分别与试验台及船载控制端与电池充电器连接，完成手动开关机、本地参数设置、系统测试检查、能源供给单元充电等工作。
其中，在本实施例中，通用同步声信号生成单元集成有主控模块、时统模块、信号产生模块及多路电压转换配给模块，主控模块的主控单片机最小系统包含STM32F405单片机、MAX811上电复位电路、EPSON有源8MHz晶振、128Mbit串行电可擦除Flash存储器W25Q128FV等器件，该单元电路在系统上电后，持续供给3.3V低噪声直流电。主控单片机在休眠状态下，进入低功耗待机模式，以减少系统电能消耗。主控单片机使用分别使用通用异步串行接口4/5（UART4/5），连接时统单片机、信号产生单片机，完成参数分发及状态控制等功能。主控单片机使用同步串行通讯接口SPI总线连接电可擦除Flash存储器芯片W25Q128FV。该存储器可保存压力传感器采集信息、任务文件信息、信标工作日志、恒温晶振压控电压数值等多种非掉电易失信息。
主控单片机使用多个独立通用输入输出接口（GPIO）配合负载开关或可控线性电源芯片，分别控制本电路各单元、功放单元、压力传感器、北斗通讯授时模块的电源供给。详尽设计参见“声信号生成单元配电方案”。测试状态下，主控单片机使用内部定时器TIM3、TIM5，经由PA0、PA1、PB4端口，自动测量检查时统单片机生成的脉冲宽度、脉冲周期、双脉冲间隔及信号单片机生成的信号频率等信息。
时统模块的单片机最小系统包含STM32F405单片机、MAX811上电复位电路等器件。该单元使用3.3V直流供电，电源供给受主控单片机经“可关断低噪声线性电源芯片”控制。在信标系统处于待发、发射、测试状态下完成上电运行。为降低系统功耗、减小电源单元设计复杂度、延长信标系统整机工作时间，本次设计抛弃原有的FPGA器件，使用低功耗ARM单片机完成系统自动授时、守时及测距测深脉冲生成功能。时统单片机使用恒温晶振作为芯片的时钟源，该芯片与恒温晶振同时上电。芯片内部所有内置外设（Peripherals），包括定时器均运行在高稳定时钟基准之上。时统单片机可根据上位机指令、授时纠偏结果，通过IIC总线数字电位器（MAX5481）实现恒温晶振小范围压控校准功能。
信号产生模块的单片机最小系统包含STM32F405单片机、MAX811上电复位电路、EPSON有源8MHz晶振等器件。该单元使用3.3V直流供电，电源供给受主控单片机经“可关断低噪声线性电源芯片”控制。在信标系统处于待发、发射、测试状态下完成上电运行。信号产生单片机依据时统单片机给出测距、测深脉冲前沿（LFM信号无测深脉冲），使用DDS算法解算生成规定体制/参数的样本数字信号，而后通过单片机内置DAC向外发射该合作样本模拟信号。为保证发射信号的数据完整性，信号产生单片机需要使用直接内存存取DMA（芯片内置）完成片上内存至DAC数据寄存器的转发工作。DAC发射起始由测距、测深脉冲前沿触发完成，输出采样频率固定为230KHz。
多路电压转换配给模块采用免变压器高压功放方案氮化镓（GaN）功放管，具有功率容量高、寄生电容小、开关频率高、扇出电压大、饱和导通电阻极小、可靠性极高等诸多有点，非常适合用于设计高频高压功放电路，直接驱动阻抗较高的压电陶瓷换能器。该方案取消了功放后级的模拟变压器，使用逆变升压电路将功放电池组电压升压至450V，而后送入GaN高压全桥，经LC低通滤波后直接驱动换能器发射信号。
其中，在本实施例中，所述的北斗通讯授时模块使用北斗卫星定位系统短报文功能（RDSS）完成远程上位机指令下达遥控，使用北斗卫星定位系统无源定位授时功能（RNSS）完成自动同步授时功能。
其中，在本实施例中，所述的宽带换能器发射单元采用拼镶环结构柱型换能器，其三个柱形结构换能器硫化在一起，硫化后整体直径一致，在机械结构上是为单独1套换能器。
其中，在本实施例中，所述的电源供给单元为锂电池，弱电电池组（+50V）电源经固态继电器电路输出至高压开关电源电路，分别转换为﹢3.7V2A、﹢5V2A、﹢5V3A合计3通道，分别供给弱电电路板、压力传感器及功放弱电、北斗通讯定位模块，其中﹢5V2A、﹢5V3A供给受主控单片机控制打开关闭；﹢3.7V2A在信标系统上电后自动打开，不受其他电路控制。
其中，在本实施例中，所述的双压力传感器单元使用大、小两个量程压力传感器并联使用，大量程传感器负责全量程压力采集，小量程压力传感器用于门限设置，双压力传感器使用软件算法完成数据融合、并作故障判断，以提高系统测深精度与可靠性。
其中，在本实施例中，所述的试验台及船载控制端中的试验台平板计算机经USB-RS422总线转换器通过水密接插件与声信标主体电子硬件系统连接，试验台计算机通过本地上位机软件实现对信标的本地控制、参数设定、任务文件下载、压力/日志文件提取功能，船载控制端船的控制计算机经USB-RS422总线转换器连接GNB2A12北斗数传终端，经北斗RDSS服务卫星与声信标主体电子硬件系统远程连接，GNB2A12北斗数传终端使用外部19V3A电源适配器完成供电功能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。