主动声纳信号源控制系统的制作方法

本发明涉及信号传输与控制，具体涉及一种主动声纳信号源控制系统。

背景技术：

1、主动声纳是由发射某种探测信号，通过水声通信原理，利用反射强度来测定目标距离和航向等指标的一种设备。现有的主动声纳发射信号源电路设计较为复杂，造成声纳发射信号设备生产周期长，生产成本高。现有的主动声纳发射信号源控制系统的发射信号存储技术不稳定，造成发射信号的精度和稳定性较差，现有的主动声纳发射信号源控制系统没有发射信号功率调节，极大影响了探测距离。因此，需要设计一种硬件电路简单且发射信号功率可调的主动声纳信号源控制系统，以解决现有动声纳发射信号源控制系统电路设计复杂生产周期长、稳定性差以及探测距离有限的问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种主动声纳信号源控制系统。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种主动声纳信号源控制系统，包括fpga芯片和发射换能器，所述fpga芯片包括信号选择模块、功率选择模块和死区选择模块，系统的工作步骤：

3、首先，用户设定好需要的声纳发射信号，通过网线接口将命令传递给fpga芯片上的主动声纳信号源控制系统；

4、然后，主动声纳信号源控制系统通过硬件电路形成驱动信号，驱动出需要的发射信号进入发射换能器；

5、最后，主动声纳信号源控制系统由用户选择的声纳发射信号到驱动出发射信号过程中进行发射信号存储和发射信号功率调节。

6、优选的是，所述发射信号存储采用数字pwm信号调制方式的电路输入的信号源作为处理波形，应用计数器产生载波信号，用调制信号和载波信号进行比较，若调制波信号高，则输出高脉冲，反之，则输出低脉冲，其脉冲宽度由调制信号和载波信号交点产生。

7、优选的是，所述数字pwm信号调制方式针对具体的模拟信号处理是根据调制方波的占空比进行具体编码，即把模拟信号电平信息放在数字pwm方波占空比中，根据线性调频信号原理和电路板的工作原理，用三角波和方波的比对，得出高低电平的时间，再通过不同需要发射不同信号，按照预先声纳频率设计，得到需要用的发射信号，再将发射信号种子通过matlab软件处理转换成fifo文件，供fpga芯片读取处理；

8、通过matlab软件仿真，将模拟信号转变成数字信号，即固定三角波和信号进行比对后产生的数据，三角波实质上为信号所需的采样率，根据采样率对比发射信号的高低，从而得到驱动信号，根据需求产生不同的cw单频或者宽带信号的数字化电平信息。

9、优选的是，所述数字pwm信号调制方式根据需要通过脉宽长度、采样率和信号形式，就可通过公式(1)知道模拟信号转化成数字信号副本数据的个数num为：

10、

11、优选的是，所述公式(1)的num为pwm调制信号高电平的个数；fc为信号形式，相当于单频cw和宽带信号的统称；pwmfs为信号采样率；pwmtime为需要产生的信号脉宽；

12、根据matlab软件产生的三角波和模拟信号比对出来的pwm调制信号pwmfsi(0＜i≤num)和公式(1)需要的信号长度，就可准备好信号数据副本进行存储，即为pwm调制信号。

13、优选的是，所述发射信号功率调节应用fpga芯片实现数字pwm调制功能时，只需要固定三角波的大小后，改变信号波形的宽度来改变调制信号的占空比，即可实现数字功放输出信号的电压。

14、优选的是，所述fpga芯片对模拟信号电平进行pwm调制编码，主要的方法是通过固定的三角波，与模拟信号进行比对，幅度高于三角波则为高，反之则为低，得到的结果为pwm调制后的方波，然后相应地改变信号波形的宽度来改变pwm信号的占空比即可；

15、但由于场效应管的最短工作时间固定，且考虑死区时间，因此根据需求，要设计满足具体电路相应效率pwm调制信号。所有调制信号应满足公式(2)：

16、

17、优选的是，所述公式(2)fpgatime为fpga芯片内部时钟；cxgtime为场效应管的工作时间；sqtime为死区控制时间，在满足公式(2)的情况下调整改变占空比时间，用来控制不同功率的输出发射信号。

18、本发明具有以下有益效果：

19、本发明设计的主动声纳信号源控制系统借助fpga芯片内部精准的时钟周期，利用逻辑单元和存储单元实现了信号的精确、稳定控制，并具备高可靠性、集成度高的优点；采用quartus编译环境完成了信号源控制系统，实现对主动声纳信号源进行控制选择；利用该系统有效避免了主动声纳发射信号源电路设计的复杂性，大大缩短了设备产品的生产周期；使用主动声纳发射信号存储技术，能够方便满足不同频率主动声纳发射信号的使用需求，有效避免探测不同距离时被发现，这对主动声纳的发展有着实际意义。

技术特征：

1.一种主动声纳信号源控制系统，其特征在于，包括fpga芯片和发射换能器，所述fpga芯片包括信号选择模块、功率选择模块和死区选择模块，系统的工作步骤：

2.根据权利要求1所述的主动声纳信号源控制系统，其特征在于，所述发射信号存储采用数字pwm信号调制方式的电路输入的信号源作为处理波形，应用计数器产生载波信号，用调制信号和载波信号进行比较，若调制波信号高，则输出高脉冲，反之，则输出低脉冲，其脉冲宽度由调制信号和载波信号交点产生。

3.根据权利要求2所述的主动声纳信号源控制系统，其特征在于，所述数字pwm信号调制方式针对具体的模拟信号处理是根据调制方波的占空比进行具体编码，即把模拟信号电平信息放在数字pwm方波占空比中，根据线性调频信号原理和电路板的工作原理，用三角波和方波的比对，得出高低电平的时间，再通过不同需要发射不同信号，按照预先声纳频率设计，得到需要用的发射信号，再将发射信号种子通过matlab软件处理转换成fifo文件，供fpga芯片读取处理；

4.根据权利要求3所述的主动声纳信号源控制系统，其特征在于，所述数字pwm信号调制方式根据需要通过脉宽长度、采样率和信号形式，就可通过公式(1)知道模拟信号转化成数字信号副本数据的个数num为：

5.根据权利要求4所述的主动声纳信号源控制系统，其特征在于，所述公式(1)的num为pwm调制信号高电平的个数；fc为信号形式，相当于单频cw和宽带信号的统称；pwmfs为信号采样率；pwmtime为需要产生的信号脉宽；

6.根据权利要求1所述的主动声纳信号源控制系统，其特征在于，所述发射信号功率调节应用fpga芯片实现数字pwm调制功能时，只需要固定三角波的大小后，改变信号波形的宽度来改变调制信号的占空比，即可实现数字功放输出信号的电压。

7.根据权利要求6所述的主动声纳信号源控制系统，其特征在于，所述fpga芯片对模拟信号电平进行pwm调制编码，主要的方法是通过固定的三角波，与模拟信号进行比对，幅度高于三角波则为高，反之则为低，得到的结果为pwm调制后的方波，然后相应地改变信号波形的宽度来改变pwm信号的占空比即可；

8.根据权利要求7所述的主动声纳信号源控制系统，其特征在于，所述公式(2)fpgatime为fpga芯片内部时钟；cxgtime为场效应管的工作时间；sqtime为死区控制时间，在满足公式(2)的情况下调整改变占空比时间，用来控制不同功率的输出发射信号。

技术总结
本发明涉及信号传输与控制技术领域，具体公开了一种主动声纳信号源控制系统，包括FPGA芯片和发射换能器，FPGA芯片包括信号选择模块、功率选择模块和死区选择模块，首先，用户设定好需要的声纳发射信号，通过网线接口将命令传递给FPGA芯片上的主动声纳信号源控制系统；然后，主动声纳信号源控制系统通过硬件电路形成驱动信号，驱动出需要的发射信号进入发射换能器；最后，由用户选择的声纳发射信号到驱动出发射信号过程中进行发射信号存储和发射信号功率调节；本发明有效避免了主动声纳发射信号源电路设计的复杂性，大大缩短了设备产品的生产周期；满足不同频率主动声纳发射信号的使用需求，有效避免探测不同距离时被发现。

技术研发人员：刘嘉,张建伟,王健宇,姜天昊,张静
受保护的技术使用者：中船辽海装备有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17