信号处理单元结果以及接收工作模式指令的收发单元；
[0034]以及用于提供上述各单元所需电压的电源转换单元。
[0035]进一步:所述的信号处理单元的信号处理过程由乒乓存储、缓存数据过程，高分辨率FFT计算过程，三分之一倍频程计算过程，累加平均过程五部分组成；所述的乒乓存储、缓存数据过程接收所述控制过程输出的采集数据，采用乒乓缓存的方式实现数据的无缝缓冲与处理；所述高分辨率FFT计算过程接收乒乓缓存的输出数据，并进行FFT计算，在所述信号采集单元的采样率为40kHz时，实现FFT的分辨率为1.2Hz ;所述三分之一倍频程计算过程接收所述高分辨率FFT计算过程结果，并进行三分之一倍频程计算，所述三分之一倍频程计算采用浮点运算，计算频点覆盖整个1Hz?20kHz，得到31个频点值；所述的累加平均过程根据所述接收的工作模式指令确定累加时间，接收31个频点值并累加，当达到累加时间后平均并将浮点转化为定点，到计算结果。
[0036]更进一步:所述的收发单元包括RS-232芯片，将RS-232芯片的RX引脚和TX引脚分别和现场可编程门阵列芯片的设定为RX和TX的引脚连接，通过对现场可编程门阵列芯片的编程实现接收外部的工作模式指令，以及向外发送所述信号处理单元的计算结果。
[0037]更进一步:所述电源转换单元由+12V转+5V D⑶C芯片、+12V转+3.3V D⑶C芯片、+3.3V转+1.2V线性稳压芯片、三极管和接线端子组成；电源转换单元的接线端子连接外部电压为+1V?+15V的电池和三极管的C极，三极管的E极连接上述两个D⑶C转换芯片，三极管的B极连接外部电路的可编程引脚，通过可编程引脚的高低电平控制三极管的导通和截止，当三极管导通时，所述电源转换单元为水听器、基准电压芯片和单运放芯片提供+5V电压；为模/数转换芯片、串行FLASH配置芯片、现场可编程门阵列芯片外围引脚提供+3.3V电压，为现场可编程门阵列芯片提供+1.2V内核电压；当三极管截止时，所述电源转换单元没有电压输出，所述高分辨率水声信号实时频谱分析系统停止工作
[0038]请参阅图2，一种高分辨率水声信号实时频谱分析系统，包括:信号采集单元、信号处理单元、收发单元和电源转换单元；其中，信号采集单用于将水听器输出的模拟信号转换成数字信号，信号处理单元用于根据接收指令设定测量时间、接收数字信号，并进行高分辨率的实施频谱分析，收发单元用于发送信号处理单元的计算结果以及接收工作模式指令，电源转换单元根据外部可编程引脚的高低电平控制三极管，导通或者截止电源接线端提供的电压，当导通时，电源转换单元提供上述各单元所需电压；当截止时，整个水声信号实时频谱分析系统停止工作。
[0039]请参阅图3，上述优选实施例的具体工作过程为:当外部可编程引脚导通三极管时，系统上电启动，收发单元接收外部指令，确定测量时间，测量时间可根据指令设定为2分钟、3分钟、4分钟、5分钟四种模式，当没有接收到工作模式指令或者指令异常时，默认工作时间为2分钟。完成测量时间设定后开始模/数转换，模/数转换一直进行，直至达到测量时间停止。模/数转换的结果乒乓存储、缓存数据的方式，实现数据的无缝缓冲与处理。当存满做一次FFT所需的数据时，进行高分辨率FFT计算、三分之一倍频程计算等过程，得到31个覆盖1Hz?20kHz频率范围的三分之一倍频程频点。计算结果累加缓存分别累加存储这31个频点的计算结果。当达到测量时间时，平均并将浮点转化为定点，到最终计算结果。收发单元将最终计算结果通过RS-232串口发送给水声观测监测系统。
[0040]请参阅图4，在上述优选实施例中，高分辨率水声信号实时频谱分析系统因具有低功耗、小尺寸、易集成、高分辨率等特点，可集成于绝大多数水声观测监测设备，水声观测监测设备仅需提供一根电源线，一个可编程的引脚以及一个RS-232串口即可与本发明所述设备集成。
[0041]水声观测监测设备在正常工作时将水听器阵的水声信号数据采集存储到存储介质中，控制芯片的可编程引脚为低电平，三极管截止，本发明所述系统不工作。当接收上位机需要知道某时刻实时的水声信号频谱情况时，通过北斗卫星向水声观测监测设备发送指令，水声观测监测设备的北斗通信模块接收这些指令并发送给控制芯片，控制芯片的可编程引脚变为高电平，导通本发明所述系统的三极管，同时，控制芯片的RS-232串口将从北斗模块接收到的指令发送给本发明所述系统。本发明所述系统在计算结束后通过RS-232串口将计算结果发送给水声观测监测设备的控制芯片，控制芯片通过北斗模块将计算结果发送给接收上位机，实现该测量点所需时刻的实时频谱分析。本发明所述的高分辨率水声信号实时频谱分析系统实现整个过程，不影响水声观测监测设备对水听器阵水声信号的自容式采集存储。
[0042]以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
【主权项】
1.一种高分辨率水声信号实时频谱分析系统，其特征在于:包括: 用于将水听器输出的模拟信号转换成数字信号的信号采集单元；所述信号采集单元由模/数转换芯片、基准电压芯片、单运放芯片组成；其中，所述基准电压芯片产生基准电压，通过由单运放芯片构成的射随电路后连接至模/数转换芯片的基准电压引脚，模/数转换芯片的信号输入引脚与信号调理单元的输出引脚连接，模/数转换芯片的时钟、数据输出、准备接收引脚与信号处理单元连接； 用于接收所述数字信号，并进行高分辨率的实时频谱分析的信号处理单元；所述信号处理单元由现场可编程门阵列芯片、串行FLASH配置芯片和有源时钟组成；所述串行FLASH配置芯片连接到现场可编程门阵列芯片的配置引脚，所述有源时钟连接到现场可编程门阵列芯片的时钟引脚； 用于发送所述信号处理单元结果以及接收工作模式指令的收发单元； 以及用于提供上述各单元所需电压的电源转换单元。2.根据权利要求1所述的高分辨率水声信号实时频谱分析系统，其特征在于:所述的信号处理单元的信号处理过程由乒乓存储、缓存数据过程，高分辨率FFT计算过程，三分之一倍频程计算过程，累加平均过程五部分组成；所述的乒乓存储、缓存数据过程接收所述控制过程输出的采集数据，采用乒乓缓存的方式实现数据的无缝缓冲与处理；所述高分辨率FFT计算过程接收乒乓缓存的输出数据，并进行FFT计算，在所述信号采集单元的采样率为40kHz时，实现FFT的分辨率为1.2Hz ;所述三分之一倍频程计算过程接收所述高分辨率FFT计算过程结果，并进行三分之一倍频程计算，所述三分之一倍频程计算采用浮点运算，计算频点覆盖整个1Hz?20kHz，得到31个频点值；所述的累加平均过程根据所述接收的工作模式指令确定累加时间，接收31个频点值并累加，当达到累加时间后平均并将浮点转化为定点，到计算结果。3.根据权利要求2所述的高分辨率水声信号实时频谱分析系统，其特征在于:所述的收发单元包括RS-232芯片，将RS-232芯片的RX引脚和TX引脚分别和现场可编程门阵列芯片的设定为RX和TX的引脚连接，通过对现场可编程门阵列芯片的编程实现接收外部的工作模式指令，以及向外发送所述信号处理单元的计算结果。4.根据权利要求3所述的高分辨率水声信号实时频谱分析系统，其特征在于:所述电源转换单元由+12V转+5V DCDC芯片、+12V转+3.3V DCDC芯片、+3.3V转+1.2V线性稳压芯片、三极管和接线端子组成；电源转换单元的接线端子连接外部电压为+1V?+15V的电池和三极管的C极，三极管的E极连接上述两个DCDC转换芯片，三极管的B极连接外部电路的可编程引脚，通过可编程引脚的高低电平控制三极管的导通和截止，当三极管导通时，所述电源转换单元为水听器、基准电压芯片和单运放芯片提供+5V电压；为模/数转换芯片、串行FLASH配置芯片、现场可编程门阵列芯片外围引脚提供+3.3V电压，为现场可编程门阵列芯片提供+1.2V内核电压；当三极管截止时，所述电源转换单元没有电压输出，所述高分辨率水声信号实时频谱分析系统停止工作。
【专利摘要】本发明公开了一种高分辨率水声信号实时频谱分析系统，涉及水声观测监测设备，其特征在于：包括：用于将水听器输出的模拟信号转换成数字信号的信号采集单元；信号采集单元由模/数转换芯片、基准电压芯片、单运放芯片组成；基准电压芯片产生基准电压，通过由单运放芯片构成的射随电路后连接至模/数转换芯片的基准电压引脚，模/数转换芯片的信号输入引脚与信号调理单元的输出引脚连接，模/数转换芯片的时钟、数据输出、准备接收引脚与信号处理单元连接；用于接收所述数字信号，并进行高分辨率的实时频谱分析的信号处理单元；用于发送信号处理单元结果以及接收工作模式指令的收发单元；以及用于提供上述各单元所需电压的电源转换单元。
【IPC分类】G01H3/08
【公开号】CN105181107
【申请号】CN201510570208
【发明人】高超
【申请人】国家海洋技术中心
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月8日