一种移动水声跳频通信接收系统的幅度均衡电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及跳频通信系统，尤其是涉及一种移动水声跳频通信接收系统的幅度均 衡电路。
【背景技术】
[0002] 水声信道具有时-空-频变以及窄带、高噪、强多途干扰、长传输时延、大随机起伏 等特征，是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一。跳频通信系统因其有较强的抗干扰、抗 噪声、抗多途能力以及保密性好和易于实现码分多址等特点，是目前中、远距离上低速率水 声通信中最稳健、可靠的通信系统。跳频通信是一种扩频通信方式，占用的频带相对较宽， 受声传播衰减、信道频率选择性衰落、发射端和接收端相对距离变化、发射端功放和接收端 信号调理电路频率响应不均匀等因素影响，会造成接收端声信号幅度随频率产生较大动态 范围的起伏，对采用非相干能量检测方法的接收系统的运算复杂度、检测性能均产生较大 影响。
[0003] 本申请的发明人许肖梅(许肖梅，陈东升，童峰.MFSK水声通信接收系统中的幅度 均衡设计[J].海洋科学，2001,25(06) :44-47)介绍了幅度均衡方法是采用放大一一滤波的 机制，但同步放大信号和噪声，在滤波后信号幅度起伏仍相对较大，处理增益的提高程度不 明显。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供可以有效减小随频率变化引起的接收端回波信号幅度变 化范围、降低系统运算量、提高检测准确度的一种移动水声跳频通信接收系统的幅度均衡 电路。
[0005] 本发明设有阻抗变换电路、自动增益控制电路和带通滤波器；
[0006] 所述阻抗变换电路的输入端外接换能器，自动增益控制电路设有初级放大电路、 次级放大电路和反馈控制电路，初级放大电路的输入端接阻抗变换电路的输出端，初级放 大电路的输出端接带通滤波器的输入端，带通滤波器的输出端接次级放大电路的输入端， 次级放大电路的输出端接反馈控制电路的输入端，反馈控制电路的控制信号输出端接初级 放大电路，次级放大电路的输出端外接后续电路。
[0007] 所述阻抗变换电路设有限幅电路和电压串联负反馈放大电路，限幅电路输入端外 接换能器，限幅电路输出端接电压串联负反馈放大电路的反馈支路，电压串联负反馈放大 电路输出端接初级放大电路的输入端;所述初级放大电路和次级放大电路组成线性可变增 益放大电路。
[0008] 所述带通滤波器可采用单片集成有源滤波芯片MAX274。
[0009] 本发明采用初级放大一一滤波一一次级放大(反馈至初级放大）的闭环信号调理 机制，将调理后的输出信号稳定在某期望量值附近，可以有效解决移动水声跳频通信中由 于声传播衰减、信道频率选择性衰落、发射端和接收端相对距离变化、发射端功放和接收端 信号调理电路频率响应不均匀等因素引起的接收端声信号幅度随频率大起伏变化问题。经 过现场实验表明，该电路可简化非相干能量检测运算复杂度，提高信号检测准确度，明显提 高水声通信质量。
[0010] 与本申请的发明人许肖梅(许肖梅，陈东升，童峰.MFSK7K声通信接收系统中的幅 度均衡设计[J].海洋科学，2001,25(06) :44-47)介绍的采用放大一一滤波的幅度均衡方法 相比，由于前者同步放大信号和噪声，在滤波后信号幅度起伏仍相对较大，处理增益的提高 程度也不如本发明明显。本发明可以有效减小随频率变化引起的接收端回波信号幅度变化 范围、降低系统运算量、提高检测准确度。
【附图说明】
[0011] 图1为本发明实施例的电路组成框图。
[0012 ]图2为本发明实施例的阻抗变换电路原理图。
[0013]图3为本发明实施例的自动增益控制电路原理图。
[0014] 图4为本发明实施例的带通滤波器原理图。
[0015] 图5为本发明实施例的带通滤波器的频率响应曲线。
[0016] 图6为厦门市五缘湾浅海域实验信道多途测试结果。
[0017] 图7为三种信号调理方式预处理信号中随机提取的一帧信号。
[0018]图8为FFT频谱主瓣峰值和第一旁瓣峰值归一化分布。
【具体实施方式】
[0019] 以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
[0020] 参见图1，本发明实施例设有阻抗变换电路1、自动增益控制电路和带通滤波器3。
[0021] 所述阻抗变换电路1的输入端外接换能器P，自动增益控制电路设有初级放大电路 21、次级放大电路22和反馈控制电路23，初级放大电路21的输入端接阻抗变换电路1的输出 端，初级放大电路21的输出端接带通滤波器3的输入端，带通滤波器3的输出端接次级放大 电路22的输入端，次级放大电路22的输出端接反馈控制电路23的输入端，反馈控制电路23 的控制信号输出端接初级放大电路21，次级放大电路22的输出端外接后续电路Q。
[0022]所述阻抗变换电路1设有限幅电路和电压串联负反馈放大电路，限幅电路输入端 外接换能器P，限幅电路输出端接电压串联负反馈放大电路的反馈支路，电压串联负反馈放 大电路输出端接初级放大电路21的输入端;所述初级放大电路21和次级放大电路22组成线 性可变增益放大电路。
[0023]所述带通滤波器3可采用单片集成有源滤波芯片MAX274。
[0024] 本发明实施例的阻抗变换电路原理图参见图2,阻抗变换电路以运算放大器U1A (LT1678)为核心器件，实现水声换能器输出阻抗与自动增益控制电路100 Ω输入阻抗之间 的变换；自动增益控制电路以AD603可变增益放大器为核心器件，通过两片级联实现初、次 两级的增益自适应控制，增益控制动态范围为84dB;带通滤波器以MAX274模拟滤波器为核 心构成中心频率为25kHz、带宽10kHz的八阶切比雪夫带通滤波器。
[0025]该电路中由R1、高阻值R2和双向导通二极管D1构成限幅电路，允许换能器接收到 的微弱回波信号通过，而在大功率信号激励换能器发射时，可起到限幅作用，保护接收端电 路；以运算放大器LT1678为核心组成的电压串联负反馈放大电路，具有大的输入阻抗和小 的输出阻抗，实现换能器端输出端和自动增益控制电路输入端间信号无损传递;R3、R4和C2 构成的反馈支路具有选频增益控制作用，对带宽内低频信号实施小增益放大，而对高频信 号实施大增益放大，用于补偿水声信道频率选择性衰落。
[0026]本发明实施例的自动增益控制电路原理图参见图3,该电路主要由两个部分构成： 线性可变增益放大电路和反馈控制电路。线性可变增益放大电路是由两片AD603间接级联 构成两级放大，初级放大后先经带通滤波器再进行次级放大，这种机制可以有效降低噪声， 提高调理后信号的信噪比。AD603芯片引脚5和7之间的外接电阻R11、R12的阻值用于选择-22dB~+102dB区间内最大84dB的可编程增益范围，外接阻值均为0 Ω时，增益范围是-22dB ~+62dB，外接阻值趋近⑴时，增益范围是+18dB~+102dB;AD60