一种超长待机水声应答器系统及其应答方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于海洋探测技术领域，涉及一种水声应答器，具体指一种超长待机水声 应答器系统及其应答方法。
【背景技术】
[0002] 水下定位导航技术是一切海洋开发活动和海洋高技术发展的基本前提，海洋领域 的开发和军事需求推动了水下高精度定位技术的发展，超短基线声学定位系统在海洋勘 探、海洋开发和军事领域都有广泛的应用。在本公司研发的超短基线水声定位系统中，水 声应答器是水声定位系统的关键组成部分，它采用数字信号处理技术完成声呐头数据的处 理，并向声呐头发射应答信号实现对水下定位目标的高精度实时定位。在实际使用中，要求 应答器具有体积小、作用距离远、宽频带、待机时间长和可靠性高的特点。由于水声应答器 通常采用电池供电，一般要求在水下连续工作数月以上，所以水声应答器的超长待机方法 设计起着举足轻重的作用。
[0003] 现有水声应答器的主要缺陷表现在以下几个方面：1)在传统低功耗水声应答器 中，使用值班电路为系统值班，一旦值班电路检测到唤醒信号，系统就会启动应答机制开始 应答，系统在休眠时，系统的模拟接收预处理和单片机值守与控制模块始终处于工作状态， 因为唤醒信号形式具有一定的发射间隔，而在发射信号空闲间隔期间，值班电路一直处于 工作耗电状态，这样系统功耗没有达到最低，水声应答器未能达到最长的待机时间；2)在 超短基线水声定位系统中，通常需要对多个水声应答器进行管理，每个水声应答器都有自 身唯一的ID号，通常需要加入唤醒功能；传统唤醒信号的检测方法采用能量检测、频谱检 测和循环统计量检测等方法，当需要对特定ID号对应的水声应答器进行唤醒操作的时候， 采用上述现有的唤醒信号检测方法会将所有ID号对应的水声应答器全部唤醒，这样就造 成水声应答器不必要的功耗损失，缩短了不需要此次被唤醒水声应答器的待机时间。3)水 声应答器的电源供电较为复杂，传统水声应答器一般采用电池并联成电池组的方式为整个 系统进行供电，随着电池的持续放电，电池组会有不同程度的降压，当电池组电压降到小于 数字核心处理板的工作电压时，整个系统将无法正常工作，然而此时电池组内还有剩余电 量，这样未能充分利用电池组电量以达到应答器更长的待机时间。
【发明内容】
[0004] 针对上述技术问题，本发明提供了一种超长待机水声应答器系统及其应答方法， 根据唤醒信号发射具有间隔性的特点，对应答器的唤醒模式和唤醒信号形式进行改进，采 用二次唤醒模式，实现实时唤醒的同时，保证系统在发射信号空闲间隔期间处于低功耗模 式，避免了不必要的功耗输出，大大降低了系统功耗，有效延长了应答系统的待机时间。
[0005] 本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
[0006] -种超长待机水声应答器系统，包括模拟接收预处理模块、单片机值守与控制模 块、数字信号处理器模块、发射电路模块、收发合置换能器以及为上述各模块供电的电源管 理模块；
[0007] 模拟接收预处理模块，对声头发射的信号进行前期预处理后，将信号发送给单片 机值守与控制模块或数字信号处理器模块；预处理包括阻抗匹配、前置放大、带通滤波和后 置放大；
[0008] 单片机值守与控制模块，与数字信号处理器模块连接，用于检测声头发射的第一 次唤醒信号，以及控制数字信号处理器模块的工作；
[0009] 数字信号处理器模块，接受单片机值守与控制模块的控制，用于检测声头发射的 第二次唤醒信号，以及对声头发射的定位信号进行解算；
[0010] 发射电路模块，对应答信号进行数模转换和功率放大后发送给收发合置换能器； 数字信号处理器模块解算定位信号后产生应答信号，该应答信号为数字信号，经发射电路 模块的数模转换DAC和功率放大器后再传送给收发合置换能器进行应答信号的发射； [0011] 收发合置换能器，是接收和发射合置的换能器模块，用于接收声头发射的信号，并 发射应答信号给声头。
[0012] 作为本案的优化方案，所述电源管理模块包括超低功耗电压比较电路，用于检测 电池组的输出电压，实现电池组由并联模式转换为串联模式。
[0013] 作为本案的优化方案，所述第一次唤醒信号为声头发射的线性调频唤醒信号。
[0014] 作为本案的优化方案，所述第二次唤醒信号为声头发射的码分多址扩频唤醒信 号。
[0015] 作为本案的优化方案，所述数字信号处理器模块采用32位高性能、低功耗的 C6000系列处理器。
[0016] 作为本案的优化方案，所述单片机值守与控制模块采用MSP430F5438A单片机。
[0017] 作为本案的优化方案，所述应答器系统还包括入水检测电路，用于控制电源管理 模块的通断。
[0018] -种超长待机水声应答器系统的应答方法，具体包括以下步骤：
[0019] a、应答器上电系统进入待机模式，单片机值守与控制模块开启值守功能，声头发 射唤醒信号和定位信号组成的信号帧；
[0020] b、由单片机值守与控制模块检测线性调频唤醒信号，如未检测到，系统进入低功 耗模式；经过时间段T1系统低功耗模式结束，单片机值守与控制模块继续检测线性调频唤 醒信号；
[0021] c、当单片机值守与控制模块检测到线性调频唤醒信号后，其使能信号启动数字信 号处理器模块电源，使其上电工作；
[0022] d、由数字信号处理器模块检测扩频唤醒信号，当未检测到对应ID号的码分多址 扩频信号时，数字信号处理器模块向单片机值守与控制模块发出断电中断信号，单片机关 闭电源，使系统重新回到低功耗模式，以此实现低功耗模式和唤醒模式的有效循环；
[0023] e、当数字信号处理器模块检测到是对应ID号的扩频信号时，应答器发射应答信 号，并进入工作状态，若在应答器进入工作状态以后，在预订时间内没有收到声头信号，则 数字信号处理器模块向单片机发出断电中断信号，应答器系统又进入深度休眠状态。
[0024] 作为本案的优化方案，所述低功耗模式为，系统的功率放大模块、模拟接收预处理 模块、单片机值守与控制模块以及数字信号处理器模块均处于掉电状态，仅有单片机的低 频晶振振荡器处于工作状态，低频晶振振荡器用于驱动定时器发射定时信号，当定时结束 时，定时器产生中断信号唤醒单片机值守与控制模块，使其开始检测唤醒信号。
[0025] 作为本案的优化方案，所述低功耗模式的时间段1\可根据发射信号进行预设定。
[0026] 本发明的有益效果是：
[0027] 1、重新设计发射唤醒信号形式和唤醒模式，当水声应答器处于低功耗模式时，模 拟接收预处理、单片机值守与控制模块、数字信号处理器模块和功率放大模块均处于掉电 状态，只有低频晶振的振荡器ACLK处于工作状态，并且发射预定次数的线性调频脉冲唤醒 信号能够精确唤醒水声应答器；此种模式降低了不必要的空闲时间上水声应答器检测唤醒 信号带来的功耗损失，提高了水声应答器的待机时间；
[0028] 2、水声应答器处于低功耗模式时采用二次唤醒模式；当超短基线系统同时管理多 个水声应答器的时候，单片机值守与控制模块检测到线性调频唤醒信号时，所有的应答器 被唤醒；而数字信号处理器模块针对不同ID号的扩频唤醒信号进行检测，当检测出对应ID 号的扩频信号时，相应的水声应答器进行应答；这样的设计在超短基线系统对分组水声应 答器的管理上效果显著，能够准确唤醒对应ID号的水声应答器，实现分组唤醒功能。
[0029] 3、采用电池自动分组技术，电池持续放电会导致电池组的输出电压减小，本案采 用比较电路输出高电平驱动固态继电器以改变电池组的连接方式，使电池组由并联模式转 换为串联模式，使得电池组的输出电压在数字核心处理板的正常工作电压之上，克服了并 联电池组当输出电压低于数字核心处理板的正常工作电压而不能正常工作的缺点，能够充 分利用电池组的剩余电量，提高水声应答器的待机时间。
【附图说明】
[0030] 图1为本发明的系统结构框图；
[0031] 图2为本发明的系统