专利名称：同步测距电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高时间分辨、抗反射波干扰的同步测距电路。
背景技术：
同步测距是目前测量水下合作目标与测量体之间运动距离的可靠方法之一。 要求被测的水下合作目标上装有同步信标，发射测距用脉冲信号；测量体上装有 接收水听器和识别器，用于接收和识别信标发出的测距脉冲信号。其中识别器即 是同步测距电路。使用前，同步信标和同步测距电路进行同步操作，使两者同一 时刻工作。同步时标清零同步测距电路的输出信号。从同步时标有效(同步测距 电路的输出信号被清零)到同步测距电路输出信号有效，所用的时间乘以水中的 声速即得到合作目标至测量体间的距离。
如图1所示，现有的同步测距电路中，除电源单元外，仅包含选频单元和触 发单元。其中，选频单元由LM567 Tone Decoder实现，测距脉冲的提取和识别均 由LM567完成。LM567需要一定的时间才能识别出信号，不能在特定时刻识别信 号，故其时间分辨低；触发单元无自锁机构，测距信号的直达声和反射声均可产 生中断申请信号，抗干扰能力弱。
发明内容
本发明的目的在于，为克服上述问题，从而提供一种可实现时间分辨高、抗 干扰能力强的同步测距电路。
为实现本发明的上述目的，本发明提供了一种同步测距电路，包括电源单元、
选频单元和触发单元；所述选频单元，用于从输入的宽带信号中提取固定频率的
信号；其特征在于，还包括鉴幅单元、鉴宽单元和窗口单元；
所述鉴幅单元，由高速电压比较器实现，用于判定选频单元的输出信号幅度 是否满足要求，并通过对基准电压的改变实现测距距离的调整；所述鉴宽单元，由单稳态电路组成，用于鉴别满足幅度要求的信号的宽度是 否合格；
所述窗口单元，由单稳态电路组成，用于为触发单元提供极小宽度有效电平， 并输出至触发单元，实现测距脉冲特定时刻的捕捉，以提高测距的时间分辨能力；
所述触发单元，由D触发器实现，将满足频率、幅度、宽度要求的测距脉冲 信号在窗口单元的窗口期内转换为电平信号输出，用于中断申请，并反馈信号进 行自锁，保证仅直达的测距脉冲产生中断。
作为本发明的一种选择，所述的选频单元包括阻抗变换器、高通电路、放大 器和带通滤波器；
所述的选频单元的输入端输入的宽带信号经过阻抗变换器和高通电路高通滤 波，并经放大器放大后，进入带通滤波器进行带通选频，将满足测距频率的信号 提取出来，输出给鉴幅单元；同时，该带通滤波器确保在输入满量程的非测距频 率信号时，其输出的测距频率谐波幅度远小于在输入测距频率信号时其滤出的测 距频率信号幅度。
作为本发明的一种选择，所述的鉴幅单元，用于对选频单元的输出的信号与 本单元的基准电压信号进行比较，高于基准电压的信号使高速电压比较器输出高 电平，低于基准电压的信号使高速电压比较器输出低电平，以使输入的正弦信号 转换为同频率的方波信号，输出至鉴宽单元和触发单元。
作为本发明的一种选择，所述的鉴宽单元包括1个单刀双掷选择开关和2个 双不可再触发单稳态多谐振荡器，该鉴宽单元对鉴幅单元输入本单元的信号进行 延时处理，延时处理后的信号经单刀双掷选择开关的一号通道输出至第1号双不 可再触发单稳态多谐振荡器的第1组不可再触发单稳态多谐振荡器的上升沿输入 端；
一方面，信号上升沿经第1号双不可再触发单稳态多谐振荡器的输出端传递 至第2号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第2组不可再触发单稳态多谐振荡器 的上升沿输入端，触发第2号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第2组不可再触 发单稳态多谐振荡器工作，由。第2号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第2组不 可再触发单稳态多谐振荡器的输出端输出高电平脉冲信号反馈至单刀双掷选择开 关的输入选择控制端，使单刀双掷选择开关选择二号通道，关闭单刀双掷选择开 关的一号通道，停止观测输入信号；另一方面，在该停止观测期间，信号上升沿触发第1号双不可再触发单稳态 多谐振荡器的第1组不可再触发单稳态多谐振荡器工作，经过由第1号双不可再 触发单稳态多谐振荡器的第1组不可再触发单稳态多谐振荡器的电阻和电容确定 的时间延迟，延时后若仍有输入信号存在，则判定输入信号为测距脉冲信号，并 将该延迟后的上升沿信号由第1号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第1组不可 再触发单稳态多谐振荡器的反相输出端输出至窗口单元。
作为本发明上述技术方案的一种改进，所述的停止观测输入信号的时间为 2ms 8ms，该时间的长短由第2号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第2组不可 再触发单稳态多谐振荡器的电阻和电容确定。
作为本发明上述技术方案的又一种改进，其特征在于，所述由第1号双不可 再触发单稳态多谐振荡器的第1组不可再触发单稳态多谐振荡器的电阻和电容确 定的延迟时间为lms 4ms。
作为本发明的一种选择，所述的窗口单元，用鉴宽单元输出的信号上升沿作 为触发源，输出高电平窄脉冲，并经或门输出至触发单元。
作为本发明上述技术方案的一种改进，其特征在于，所述高电平窄脉冲为 100us 250us的高电平窄脉冲。
作为本发明的一种选择，所述的触发单元由双D触发器实现，该双D触发器 包括二组D触发器，首先，由外部输入的同歩信号和中断清零信号分别将双D触 发器的第一组D触发器的输出端和双D触发器的第二组D触发器的输出端清零；
当有测距脉冲信号进入触发单元，并且双D触发器的第一组D触发器的D输 入端存在窗口单元输出的高电平脉冲时，触发双D触发器的第一组D触发器的输 出端由低电平跳变为高电平；双D触发器的第一组D触发器的输出端的跳变又触 发双D触发器的第二组D触发器的输出端由低电平跳变为高电平，并输出用作中 断申请信号；
同时，触发单元将双D触发器的第一组D触发器的输出端反馈至窗口单元的 或门输入端，该输出端输出的高电平信号使该或门输出端输出高电平，至双D触 发器的第一组D触发器的D输入端，使双D触发器的第一组D触发器的输出端不 再随测距脉冲信号的输入跳变，从而锁定触发单元。本发明的优点在于，本发明的同步测距电路的选频带宽可调；可识别测距脉 冲的特定时刻，提高时间分辨能力，进而提高了测距精度；中断信号的锁定，提 高了抗反射信号的能力。
图1为现有技术的同步测距电路的结构框图。
图2为本发明的同步测距电路的结构框图。
图3为本发明的同步测距电路的电路图。
图4为本发明的选频单元的电路图。
图5为本发明的鉴幅单元的电路图。
图6为本发明的鉴宽单元的电路图。
图7为本发明的窗口单元的电路图。 '
图8为本发明的触发单元的电路图。
图9为本发明的鉴宽单元和窗口单元时序图。
具体实施例方式
下面通过实施例并结合附图进一步详细说明本发明的技术方案。
如图2和图3所示，本发明同步测距电路包括电源单元、选频单元、鉴幅单 元、鉴宽单元、窗口单元和触发单元。 '
选频单元，如图4所示，信号经过阻抗变换器(由运算放大器LF411实现的 电压跟随器组成)和具有10倍增益的10KHz高通电路(由LF411实现)进入仪 用放大器AD620进行放大，增益为248，目的使最大测距距离(1200米)时，测 距信号幅度仍满足鉴幅单元的要求。放大后的信号进入通用滤波器LTC1562构成 的带通滤波器，进行带通选频，在非测距频率信号满幅输入时，LTC1562带通滤 波器会将测距频率的谐波信号滤出，并确保该谐波信号的幅度远小于在测距频率 信号输入LTC1562带通滤波器时所滤出的测距频率信号幅度，故可以可靠地将满 足测距频率的信号提取出来，提供给鉴幅单元。
鉴幅单元，如图5所示，选频单元的输出信号进入本单元，与本单元的基准 电压信号进行比较，高于基准电压的信号使高速电压比较器AD790输出高电平， 低于基准电压的信号，AD790输出低电平，这样就将输入的正弦信号转换为同频率的方波信号提供给鉴宽单元和触发单元。基准电压由串接的电阻分压得到，分 压源可以选用电源单元的5V输出，也可选用基准电源REF195输出的5V电压。 在固定选频单元AD620增益的条件下，调整基准电压可改变最大测距距离。
鉴宽单元，如图6所示，鉴幅单元输出的方波信号进入鉴宽单元的单刀双掷 开关DG419输入端，并输出至双不可再触发单稳态多谐振荡器74HC221-1-1的1B 端，触发该74HC221-1-1的1/Q端输出lms的低电平脉冲至窗口单元；同时，该 74HC221-1-1的1Q端输出lms高电平脉冲至双不可再触发单稳态多谐振荡器 74HC221-2-2的2B端，触发该74HC221-2-2的2Q端输出2ms的高电平脉冲闭锁 信号，反馈至单刀双掷开关DG419的IN控制端，停止对输入信号的观测。
双不可再触发单稳态多谐振荡器74HC221-1-1的1/Q输出的lms低电平脉冲 信号的上升沿(后沿)触发窗口单元的双不可再触发单稳态多谐振荡器 74HC221-1-2的2B输入端，使该74HC221-1-2的2Q端输出250us的高电平窄脉 冲，经或门输出至触发单元。
窗口单元，如图7所示，由鉴宽单元输出的信号进入本单元，触发产生250us 的高电平窄脉冲，输出至触发单元，实现测距脉冲特定时刻的捕捉，以提高测距 的时间分辨能力；触发单元反馈高电平信号至本单元，使本单元的输出锁定，使 触发单元仅能被触发一次，从而实现获取直达测距信号的功能。
触发单元，如图8所示，鉴幅单元的输出信号进入本单元的双D触发器74HC74 的1CK端。工作时，同歩信号和中断清零信号先分别将双D触发器74HC74-1的 1Q和双D触发器74HC74-2的2Q清零。当有测距脉冲信号进入本单元，并且双 D触发器74HC74-1的1D输入端存在窗口单元输出的250us高电平脉冲时，触发 该74HC74-1的1Q端由低电平跳变为高电平；该74HC74-1的1Q的跳变又触发该 74HC74-2的2Q端由低电平跳变为高电平，输出用作中断信号。
最终，从中断申请信号清零到其重新有效所用时间t乘以水中声速v即可得到 所测距离s。
如图9所示，若有信号进入鉴宽单元，等待lms后，该信号仍存在，则判定 信号宽度满足要求，并可在lms后的250us特定时刻内使触发单元产生中断信号； 否则，判定信号宽度不满足要求，不可能在特定时刻触发产生中断信号。
当鉴幅单元输出信号时，信号上升沿一方面触发双不可再触发单稳态多谐振荡器74HC221-2-2，'使该74HC221-2-2的2Q端产生2ms的高电平脉冲，关闭鉴宽 单元对鉴幅单元输出信号的观测，另一方面触发双不可再触发单稳态多谐振荡器 74HC221-1-1，使该74HC221-1-1的1/Q端产生lms的低电平脉冲，进行延时处理； lms的延时结束时，双不可再触发单稳态多谐振荡器74HC221-1-1的1/Q端由低 电平跳变为高电平，该跳变信号输出到窗口单元的输入端，使该74HC221-1-1的 2Q产生250us的高电平窄脉冲；在此高电平期间，鉴幅单元输出信号的上升沿使 触发单元的双D触发器74HC74-1的1Q由低电平跳变为高电平，以产生中断申请 信号；同步脉冲输入信号清零双D触发器74HC74-1的1Q端。
通过详细的说明，本发明的许多特征和优点是显然的，并且因此，通过附加 的权利要求意图覆盖落入本发明的真正实质和范围内的本发明的所有特征和优 点。此外，由于对于本领域的普通技术人员可以容易地进行多种修饰和改变，因 此，不希望将本发明限制于精确的被解释和说明的结构和操作，并且因此，所有 适当的修饰和等价物可以诉诸于落入本发明的范围内。
权利要求
1、一种同步测距电路，包括电源单元、选频单元和触发单元；所述选频单元，用于从输入的宽带信号中提取固定频率的信号；其特征在于，还包括鉴幅单元、鉴宽单元和窗口单元；所述鉴幅单元，由高速电压比较器实现，用于判定选频单元的输出信号幅度是否满足要求，并通过对基准电压的改变实现测距距离的调整；所述鉴宽单元，由单稳态电路组成，用于鉴别满足幅度要求的信号的宽度是否合格；所述窗口单元，由单稳态电路组成，用于为触发单元提供极小宽度有效电平，并输出至触发单元，实现测距脉冲特定时刻的捕捉，以提高测距的时间分辨能力；所述触发单元，由D触发器实现，将满足频率、幅度、宽度要求的测距脉冲信号在窗口单元的窗口期内转换为电平信号输出，用于中断申请，并反馈信号进行自锁，保证仅直达的测距脉冲产生中断。
2、 根据权利要求l所述的同步测距电路，其特征在于，所述的选频单元包括 阻抗变换器、高通电路、放大器和带通滤波器；所述的选频单元的输入端输入的宽带信号经过阻抗变换器和高通电路高通滤 波，并经放大器放大后，进入带通滤波器进行带通选频，将满足测距频率的信号 提取出来，输出给鉴幅单元；同时，该带通滤波器确保在输入满量程的非测距频 率信号时，其输出的测距频率谐波幅度远小于在输入测距频率信号时其滤出的测 距频率信号幅度。
3、 根据权利要求l所述的同步测距电路，其特征在于，所述的鉴幅单元，用 于对选频单元的输出的信号与本单元的基准电压信号进行比较，高于基准电压的 信号使高速电压比较器输出高电平，低于基准电压的信号使高速电压比较器输出 低电平，以使输入的正弦信号转换为同频率的方波信号，输出至鉴宽单元和触发 单元。
4、 根据权利要求1所述的同步测距电路，其特征在于，所述的鉴宽单元包括 1个单刀双掷选择开关和2个双不可再触发单稳态多谐振荡器，该鉴宽单元对鉴幅 单元输入本单元的信号进行延时处理，延时处理后的信号经单刀双掷选择开关的 一号通道输出至第1号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第1组不可再触发单稳 态多谐振荡器的上升沿输入端；一方面，信号上升沿经第1号双不可再触发单稳态多谐振荡器的输出端传递 至第2号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第2组不可再触发单稳态多谐振荡器 的上升沿输入端，触发第2号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第2组不可再触 发单稳态多谐振荡器工作，由第2号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第2组不 可再触发单稳态多谐振荡器的输出端输出高电平脉冲信号反馈至单刀双掷选择丌 关的输入选择控制端，使单刀双掷选择开关选择二号通道，关闭单刀双掷选择开 关的一号通道，停止观测输入信号；另一方面，在该停止观测期间，信号上升沿触发第1号双不可再触发单稳态 多谐振荡器的第1组不可再触发单稳态多谐振荡器工作，经过由第1号双不可再 触发单稳态多谐振荡器的第1组不可再触发单稳态多谐振荡器的电阻和电容确定 的时间延迟，延时后若仍有输入信号存在，则判定输入信号为测距脉冲信号，并 将该延迟后的上升沿信号由第1号双不可再触发单稳态多谐振荡器的第1组不可 再触发单稳态多谐振荡器的反相输出端输出至窗口单元。
5、 根据权利要求4所述的同步测距电路，其特征在于，所述的停止观测输入 信号的时间为2ms 8ms，该时间的长短由第2号双不可再触发单稳态多谐振荡器 的第2组不可再触发单稳态多谐振荡器的电阻和电容确定。
6、 根据权利要求4所述的同步测距电路，其特征在于，所述由第l号双不可 再触发单稳态多谐振荡器的第1组不可再触发单稳态多谐振荡器的电阻和电容确 定的延迟时间为lms 4ms。
7、 根据权利要求l所述的同步测距电路，其特征在于，所述的窗口单元，用 鉴宽单元输出的信号上升沿作为触发源，输出高电平窄脉冲，并经或门输出至触 发单元。
8、 根据权利要求7所述的同步测距电路，其特征在于，所述高电平窄脉冲为 100us 250us的高电平窄脉冲。
9、 根据权利要求l所述的同步测距电路，其特征在于，所述的触发单元由双 D触发器实现，该双D触发器包括二组D触发器，首先，由外部输入的同步信号 和中断清零信号分别将双D触发器的第一组D触发器的输出端和双D触发器的第 二组D触发器的输出端清零；当有测距脉冲信号进入触发单元，并且双D触发器的第一组D触发器的D输 入端存在窗口单元输出的高电平脉冲时，触发双D触发器的第一组D触发器的输 出端由低电平跳变为高电平；双D触发器的第一组D触发器的输出端的跳变又触 发双D触发器的第二组D触发器的输出端由低电平跳变为高电平，并输出用作中 断申请信号；同时，触发单元将双D触发器的第一组D触发器的输出端反馈至窗口单元的 或门输入端，该输出端输出的高电平信号使该或门输出端输出高电平，至双D触 发器的第一组D触发器的D输入端，使双D触发器的第一组D触发器的输出端不 再随测距脉冲信号的输入跳变，从而锁定触发单元。
全文摘要
本发明涉及一种同步测距电路，包括电源单元、选频单元和触发单元；还包括鉴幅单元、鉴宽单元和窗口单元；所述鉴幅单元，由高速电压比较器实现，用于判定选频单元的输出信号幅度是否满足要求，并通过对基准电压的改变实现测距距离的调整；所述鉴宽单元，由单稳态电路组成，用于鉴别满足幅度要求的信号的宽度是否合格；所述窗口单元，由单稳态电路组成，用于为触发单元提供极小宽度有效电平，并输出至触发单元，实现测距脉冲特定时刻的捕捉，以提高测距的时间分辨能力；所述触发单元，由D触发器实现，将满足频率、幅度、宽度要求的测距脉冲信号在窗口单元的窗口期内转换为电平信号输出，并反馈信号进行自锁。
文档编号H03K5/22GK101419285SQ200710176150
公开日2009年4月29日 申请日期2007年10月22日 优先权日2007年10月22日
发明者卢育中, 张双荣, 曹建国, 陈守虎, 兵 高 申请人:中国科学院声学研究所