一种基于北斗的高精度低功耗授时定位模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水声定位技术领域，具体地说是一种应用FPGA技术和基于北斗授时定位技术的具有发射授时和定位功能的声源发射模块。
【背景技术】
[0002]海底固定布放基阵在海洋噪声源监测和跟踪中具有实际意义。实际海洋环境中，存在海流、潮汐等因素，导致固定布放基阵的阵形发生变化。为避免后续波束形成算法的波束分裂、测向不准确甚至算法失效，对固定布放基阵在使用前和使用过程中通过声源发射信号来进行阵型测量和校准就显得尤为必要了。
[0003]实际常用远场双辅助声源法进行阵形校准，通过在待测阵元的远场位置按照一定规则布放两个声源，发射已知有规信号，各待测阵元接收并记录信号。通过各阵元接收信号的相对时延计算得到阵形。但该方法需要满足远场条件，且存在误差累积现象；另外海上波浪带来信号多途影响，通过GPS单点定位误差较大，而使用高精度差分GPS误差固然较低，但对小型试验而言设备费用较贵。而且阵形校准时声源发射需要人员出海记录得到声源发射点的位置信息、控制声源发射，增加了固定式岸基声纳系统后期使用维护成本。所以设计一种定位授时信息精度高、操作方式灵活多样、可以船载也可以装入浮标锚定的声源发射模块是尤为必要的。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的在于为克服现有技术的缺点与不足，采用FPGA技术和基于北斗授时定位技术，实现高精度、低功耗具有发射授时和定位功能的声源发射模块，该模块具备联PC机工作、脱PC机工作和自主定时工作三种工作模式、并配备自行产生发射信号和转接信号发生器发射信号两种声源信号产生模式。通过配备功放、声源、太阳能板和蓄电池，即可通过浮标锚定的方式，实现固定式岸基声纳系统阵形定期校准。
[0005]本实用新型为解决技术问题采用的技术方案:这种基于北斗的高精度低功耗授时定位模块，包括主控单元功能模块、授时定位功能模块、网络功能模块、信号输入检测功能模块、存储功能模块、DA功能模块、开关功能模块、二选一控制模块、输出接□和电源功能模块，所述的信号输入检测功能模块包括信号输入接口、参考比较信号模块和比较器功能模块，所述的开关功能模块包括工作模式选择开关、信号形式选择开关、信号周期选择开关和发射停止选择开关，所述的主控单元功能模块连接授时定位功能模块、连接网络功能模块、连接信号输入检测功能模块、连接存储功能模块、连接DA功能模块、连接开关功能模块、连接二选一控制模块，所述的授时定位功能模块连接北斗设备，网络功能模块连接外部的PC机，信号输入接口接入外部信号、连接二选一控制模块，二选一控制模块连接DA功能模块和输出接口。
[0006]进一步地，这种基于北斗的高精度低功耗授时定位模块，其输出接口可连接功放设备和声源。
[0007]进一步地，这种基于北斗的高精度低功耗授时定位模块，其电源功能模块可连接太阳能电池板和蓄电池。
[0008]本实用新型的有益效果有:
[0009]1.发射授时定位模块具有多种工作模式，操作和使用方便灵活，适应不同的工作环境和使用需要；
[0010]2.提供高精度授时和定位信息，授时精度20ns，并提供全球定位系统的定位数据和地理位置经玮度数据，定位精度3m ;
[0011]3.模块结构紧凑、小巧，小于3W的低功耗工作环境，为长时间水下或浮标脱机定时工作提供保障；
[0012]4.提供内置和外置两种信号产生模式，大容量的FLASH存储芯片提供多种信号形式存储能力，且更新方便，使用者根据需要进行任意选择；
[0013]5.采用北斗授时模块实现收发同步，高同步精度和定位信息。
【附图说明】
[0014]图1系统总体结构框图；
[0015]图2授时定位模块结构框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实例对发明作进一步说明:
[0017]本实例的声源发射授时定位模块的核心单元选用的是cyclone3系列FPGA芯片，该款芯片具有功耗低、速度快、灵活性高等特点，为模块的主控功能提供完美的解决方案；授时定位功能单元选用的是和芯星通公司的UM220双系统高性能GNSS模块，其功耗低、具有3个通信串口、并提供高精度的授时信息和定位信息；模块上配备有FLASH存储芯片，可以存储多种信号形式用于发射使用。网络接口选用W5100模块实现，完成模块与显控平台的联通。选用AD公司的AD5545低功耗数模转换芯片，实现内置信号和编码信息的转换输出功能。上述主要功能模块所选芯片全部具有低功耗特点，FLASH芯片功耗最大0.1W、UM220芯片功耗最大0.5W、W5100芯片功耗最大0.6W、AD5545芯片功耗最大0.2W，该高精度低功耗授时定位模块总功耗小于31
[0018]如图1所示，本实例的声源发射授时定位模块10由主控单元功能模块1、授时定位功能模块2、网络功能模块3、信号输入检测功能模块4、存储功能模块5、DA功能模块6、控制开关模块7、二选一控制模块8、信号输出接口 9和电源功能模块11组成。其中网络功能模块与PC机19相连接，实现与显控平台的通信功能；信号输入检测功能模块4由比较器功能模块14、信号输入接口 12和参考比较信号模块13组成；控制开关模块7由工作模式选择开关15、信号形式选择开关16、信号周期选择开关17和发射停止选择开关18组成；信号输出BNC 口 9连接功放20再连接声源21完成水声信号的发射；电源功能模块同时也为功放20和声源21供电；太阳能板22和蓄电池23在浮标工作模式下为系统供电和充电。
[0019]主控单元功能模块I由FPGA芯片实现，主要完成通过网络功能模块3与PC机11相连接实现联机工作模式、连接授时定位功能模块2控制并读取其输出的授时信息及定位信息、连接信号输入检测功能模块4接收其比较信号输出以判断是否有信号输入、连接存储功能模块5控制并读写存储的信号数据、连接DA功能模块6控制其转换输出当下选择的发射信号、连接控制开关模块7通过判断不同的开关控制进行相应的参数及