基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及采用孤S(DirectDigitalSynthesis,直接数字合成）技术的动态信 号发生装置，特别是设及基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置。
【背景技术】
[0002] 拖曳式水声信号发射系统是一种专口为海洋声传播损失测量设计的人工拖曳式 声源，它能提供人工控制或自动发射多种波形的大功率声波信号，能与声学浮标或声学潜 标配合使用完成海洋声传播损失测量任务，是海洋声学环境观测和研究的重要手段之一。
[0003] 拖曳式水声信号发射系统由船台控制系统和拖曳体两部分组成，其中船台控制系 统包括工控机、UPS、电源模块、大功率直流电源、调制解调器、采集器和标准水听器等；拖曳 体包括动态信号发生装置、发射换能器、大功率发射模块、调制解调器、换能器匹配器、换能 器自动控制模块、高压大容量储能电容、压力传感器、姿态传感器、电子舱体和拖曳壳体等。
[0004] 动态信号发生装置是对接收的船台指令进行解释，并按照船台指令进行相应的操 作，具有连续信号和扫频信号输出功能，输出信号的频率、幅度、长度和间隔可调。
[0005] 直接数字频率合成值D巧是一种新的频率合成技术，由于其应用在数字领域优点 突出，所W近些年发展迅猛，现在已经成为信号源主流。DDS主要由频率控制字寄存器、相位 累加器、相位幅度转换查找表、D/A转换器及低通滤波器（LP巧构成。
[0006] 频率控制字和CLK为DDS的关键输入量。当DDS开始工作时，每来一个时钟，相位 累加器就完成一次累加，并把累加结果保存在相位寄存器中，同时输出给相位幅度转换查 找表。相位幅度转换查找表的任务是把输入的相位按照查找表方式计算出它的幅度，然后 再由D/A转换器完成数模转换，在输出端可W得到一个连续的模拟信号。
[0007]CLK的频率为fcik，频率控制字的值M决定输出的频率fcut:
[0008]
( 1)
[0009] 从（1)式可W看出，频率控制字的位数N越高，输出频率的分辨率就越高，当M的 位数为N时，DDS的频率分辨率Af为；
[0010]
U)
[0011] 从似式可W看出，当频率控制字的位数N-定时，feik频率越高，反而造成孤S的 频率分辨率Af降低，在DDS输出扫频信号时，由于DDS频率增量寄存器是Af的倍数，所W 同时会造成频率增量的分辨率下降，在信号发生器输出低频信号时，该种现象尤为明显，我 们在设计信号发生器时，由于信号发生器的晶振工作频率过高，造成DDS的频率分辨率Af 过低，W至于无法输出想要的低频的扫频信号。
[0012] 目前在信号发生器上使用的多为固定频率的晶振，随着DDS技术的发展，晶振的 频率越来越高，不仅造成信号发生器的功耗随晶振的频率增加而增加，而且造成信号发生 器的频率分辨率降低；固定频率的晶振适用范围较小。
【发明内容】
[0013] 本发明要解决的技术问题是：针对传统信号发生器上使用固定频率的晶振，信号 发生器适用性较差的问题，
[0014] 本发明采用的技术方案是：
[0015] 一种基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置，所述拖曳式水声信号发 射系统由船台控制系统和拖曳体组成，所述动态信号发生装置安装在上述拖曳体内；所述 动态信号发生装置包括型号为MSP430F1611的控制系统、型号为AD5930的DDS巧片、外部 开关电路、型号为40M的有源晶振、型号为PIC12F509的动态晶振、晶振开关电路、串口分配 电路、压力传感器、无线通信模块A、无线通信模块B、电子罗盘、电源管理电路、充电电池、 信号调理电路、放大滤波电路和电源系统；其中：
[0016] 所述控制系统通过I/O引脚与DDS巧片连接；所述DDS巧片的数字时钟有两个输 入源，上述两个输入源分别为固定有源晶振和动态晶振，所述控制系统通过I/O引脚与动 态晶振连接；所述控制系统的模拟输出引脚与DDS巧片满量程调整控制引脚连接；控制系 统的模拟输出引脚与运算放大器同相端连接，去掉输出信号直流偏置电压。
[0017] 进一步，所述动态晶振由单片机构成；上述单片机上设置有模拟I2c接口，上述单 片机通过模拟I化接口向动态晶振发送命令；所述控制系统通过I/O引脚与动态晶振复位 端连接，进而对动态晶振进行复位；所述动态晶振预留两个连接外接晶振用的引脚。
[0018] 进一步，在拖曳体的前部安装有电子罗盘；所述电子罗盘采用充电电池单独供电； 上述电子罗盘与控制系统之间通过无线通信方式进行交互信息。
[0019] 本发明具有的优点和积极效果是：
[0020] 通过采用上述技术方案，本发明中的动态信号发生装置可W输出连续信号和扫频 信号，输出信号的频率、幅度、长度可调；同时可采集压力传感器、姿态传感器串口数据并定 时传到船台；可通过外部开关电路继电器/空气开关；
[0021] 由于本发明中DDS巧片的数字时钟有两个输入源，分别为固定有源晶振和动态晶 振，同时由控制系统通过I/O引脚选择使用哪种晶振，因此可W在输出高频信号时使用有 源晶振，当输出信号频率较低时选择动态晶振。
[0022] 由于动态晶振由单片机构成，因此输出频率为可调的时钟信号。控制系统通过2 个I/O引脚与动态晶振连接，模拟I2C接口，向动态晶振发送命令。控制系统通过1个I/O 引脚与动态晶振复位端连接，可复位动态晶振。动态晶振的单片机采用内置晶振电路，该样 可W减少外围电路；动态晶振的单片机预留两个引脚，如果需要输出特殊时钟频率可W外 接晶振。
[0023] 由于电子罗盘容易受到外部磁场的干扰，为提高电子罗盘的数据质量，将电子罗 盘安装在拖曳体的前部，实现电子罗盘和其它设备的物理隔离。控制系统与电子罗盘的 数据通信通过无线通信模块实现；电子罗盘在工作时由充电电池供电；在电子罗盘不工作 时，控制系统通过I/O引脚控制电源管理电路完成对充电电池充电。
[0024] 动态信号发生装置有两种数字时钟输入，可根据需要选择不同的晶振，增强了动 态信号发生装置的适用范围。动态晶振由单片机构成，可配置输出不同的时钟输出，方便灵 活，在动态信号发生装置输出低频信号时，可适当降低DDS的时钟频率，该样不但可降低功 耗，还会减少系统干扰。
[0025] 采用控制系统自带的两路模拟输出端口，一路用于调节DDS巧片信号输出幅度， 另一路用于去掉输出信号的动态直流偏置电压，电路简洁，精度和可靠性高。
[0026] 电子罗盘与其它设备实现物理隔离，可有效提高电子罗盘数据质量。
【附图说明】
[0027] 图1为本发明优选实施例的电路框图；
[002引图2为本发明优选实施例中动态信号发生装置的动态晶振电路；
[0029] 图3为本发明优选实施例中动态信号发生装置的动态晶振工作流程图；
[0030] 图4为本发明优选实施例中动态信号发生装置的输出信号波形；
[0031] 图5为本发明优选实施例中动态信号发生装置的孤S巧片动态电压偏置电路；
[00对 图中标记说明：
[003引 1、控制系统 2、孤5巧片
[0034] 3、外部开关电路4、有源晶振
[0035] 5、动态晶振 6、晶振开关电路
[0036] 7、船台 8、串口分配电路
[0037] 9、压力传感器 10、无线通信模块A
[003引 11、无线通信模块B12、电子罗盘
[0039] 13、电源管理电路 14、充电电池
[0040] 15、信号调理电路 16、放大滤波电路
[0041] 17、电源系统。
【具体实施方式】
[0042] 结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。
[0043] 如图1所示，一种基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置，上述拖曳 式水声信号发射系统由船台7和动态信号发生装置组成，动态信号发生装置安装在拖曳体 内，船台7与动态信号发生装置通过电缆连接，上述动态信号发生装置由船台7控制协调动 态信号发生装置的工作。
[0044] 所述动态信号发生装置包括型号为MSP430F1611的控制系统1、型号为AD5930的 DDS巧片2、外部开关电路3、型号为40M的有源晶振4、型号为PIC12F509的动态晶振5、晶 振开关电路6、串口分配电路8、压力传感器9、无线通信模块A10、无线通信模块B11、电子罗 盘12、电源管理电路13、充电电池14、信号调理电路15、放大滤波电路16和电源系统17; 其中：
[0045] 所述控制系统1通过I/O引脚与孤S巧片2连接；所述孤S巧片2的数字时钟有 两个输入源，上述两个输入源分别为固定有源晶振4和动态晶振5,所述控制系统1通过1/ 0引脚与动态晶振5连接；所述控制系统1的模拟输出引脚与DDS巧片2满量程调整控制 引脚连接；控制系统1的模拟输出引脚与运算放大器同相端连接，去掉输出信号直流偏置 电压。
[0046] 动态信号发生装置，具有CW/化irp信号输出功能；信号长度可调范围是；500ms~ 1000ms;信号幅度范围是；1化p~5化p;具有压力传感器9、姿态传感器串口数据的接收功 能，并定时传到船台7 ;具有继电器/空气开关控制功能。动态信号发生装置可W输出连续 信号和扫频信号，输出信号的频率、幅度、长度可调；可采集压力传感器9、姿态传感器串口 数据并定时传到船台7;可通过外部开关电路3继电器/空气开关。控制系统1通过串行 方式将数据写入孤S巧片2,控制孤S巧片2的寄存器实现不同信号的输出，可W输出连续 信号或扫频信号，输出信号的频率可调。
[0047] 孤S巧片2的数字时钟（M化K)有两个输入源，分别为固定有源晶振4 (40M)和动态 晶振5 (PIC12F509)，由控制系统1通过I/O引脚选择使用哪种晶振，在输出高频信号时使用 有源晶振4,当输出信号频率较低时选择动态晶振5
[0048]采用单片机MSP430F1611作为控制系统1。MSP430F1611巧片有丰富的片上外围 模块，从P1到P6共有48个I/O端口，包含了 12位A/D转换器、2路DA输出、精密模拟比较 器、硬件乘法器、2组频率可W达到8MHz时钟模块、2个带有大量捕获/比较寄存器的16位 定时器、看口狗、2个可W实现异步/同步及多址访问的串行通信接口、数十个可W实现方 向设置及中断功能的并行输入/输出端口等。
[0049] 动态晶振5由单片机构成，输出频率可调的时钟信号。控制系统1通过2个I/O 引脚与动态晶振5连接，模拟巧接口，向动态晶振5发送命令。控制系统1通过1个I/O 引脚与动态晶振5复位端连接，可复位动态晶振5。动态晶振5的单片机采用内置晶振电 路，该样可W减少外围电路；动态晶振5的单片机预留两个引脚，如果需要输出特殊时钟频 率可W外接晶振。
[0050] 动态晶振5上电完成初始化后，等待控制系统1命令，根据控制系统1命令执行相 关的操作。动态晶振5工作在输出频率状态时，