3芯片引脚1与2之间的电压 差值可线性控制输出增益值，比例系数是25mV/dB，为了保证级联电路具有良好的线性控制 能力，芯片U3引脚2与芯片U2引脚2之间的电压差应稳定在1.05V左右，由电阻R8、R9和R10分 压实现。
[0027]反馈控制电路由一对互补三极管Q1和Q2构成，Q2集电极可稳定提供300μΑ输出电 流，分别流向Q1集电极和电容C13两个支路;Q1和R13组成半波检测电路，根据次级放大电路 输出信号幅度反向调节电容C13充电电流大小，改变C13两端电压，进而控制线性可变增益 放大电路的输出增益，实现反馈，取得稳定幅值的输出信号;反馈调节的灵敏度由C13的容 值大小决定，容值越小，灵敏度越高;稳定输出的信号幅值通过R13电阻确定，阻值越大输出 电压越大。
[0028]本发明实施例的带通滤波器原理图如图4所示，采用单片集成有源滤波芯片U4 (ΜΑΧ274)来实现，该芯片内含四个二阶可变滤波器单元，只需外接四组共16只电阻即可实 现滤波功能，与传统的通过运算放大器、电阻和电容实现的有源滤波器相比，具有更高的频 率精度和更强的噪声抵制能力。设计的八阶切比雪夫带通滤波器中心频率为25kHz，带宽为 1〇kHz，具有陡峭的滚降，可以有效滤除带外噪声。如图5所示为设计滤波器的频率响应曲 线。
[0029] 带通滤波器置于自动增益控制电路的初级放大电路和次级放大电路之间，形成初 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。相比传统的放 大一一滤波开环调理机制，该机制不仅可以保证输入滤波器信号的幅度足以克服滤波器本 体噪声的影响，在带通滤波器中尽可能消除信道噪声，还可以在次级放大电路中有效放大 有用信号，大大提高处理信噪比，保证带宽内不同频率信号取得更稳定的幅值输出，实现幅 度均衡。
[0030] 带通滤波器的频率响应曲线参见图5。
[0031] 以下给出现场实验的结果：
[0032] 现场测试在厦门五缘湾浅海域进行，海域平均水深约为10m，沙底质，测试距离约 为894m，信道测试结果如图6所示。测试平台是使用4FH - 16FSK调制、卷积码为信道编码的 水声跳频通信系统，发射端采用相同的通信帧结构和数据信息，每个通信帧含1个码元宽度 粗同步信号、1个码元宽度细同步信号和80个数据码元，每个码元宽度为10ms，帧结构如表1 所示;为了测试本发明介绍的幅度均衡电路性能，在系统接收端设计了一个含有3种信号调 理方式的预处理模块，包括直连(DC)、线性放大+滤波(LAF)和幅度均衡(AE)，对换能器接收 的原始信号进行预处理，预处理信号经过同步捕获后，采用傅立叶变换鉴频解调。
[0033] 表 1
[0034]
[0035] 如图7所示是从DC调理、LAF调理和AE调理三种调理方式预处理信号中随机提取的 一帧信号波形。从时域波形图上可以明显看出，AE调理后的信号幅度可以基本上保持在期 望值上(设定VPP=1V)。
[0036]为了定量分析三种信号调理方式的差别，通过FFT算法分别对三种信号帧中的数 据码元进行频谱分析，提取各谱图主瓣峰值、第一旁瓣峰值，计算其均值、标准偏差等参数， 表2给出频谱图峰值和误码率统计结果。
[0037]从表2中主瓣峰值与其均值之间的偏差百分比可以看到：采用AE调理后信号幅度 的浮动区间明显减小，表明AE调理后信号中的有效信号幅度起伏减小。
[0038] 表2
[0039]
12 采用能量检测方法时，造成检测误判的最主要原因是频谱图上主瓣与第一旁瓣间 的干扰。图8(a)(b)(c)分别显示了三种信号调理方法1000个数据码元FFT频谱图中主瓣峰 值和第一旁瓣峰值归一化后的分布情况：（a)图显示DC调理（即由换能器接收到的原始信 号）的第一旁瓣峰值基本上都分布在主瓣峰值的浮动区间内；（b)图显示经过LAF调理后，部 分第一旁瓣峰值移出了主瓣峰值分布区间，但LAF调理无法改善信号起伏，且在接收信号幅 值过大时还可能造成信号调理后超过声码器输入量程，引起削波失真；（c)图显示AE调理可 对码元中的有效信号和干扰信号提供不同增益，使主瓣峰值向更高值区间移动，让主瓣峰 值和第一旁瓣峰值呈现更加明显的分离趋势，有利于减小干扰。该分析结论与表2中三种调 理方法统计得到的误码率变化趋势相一致。 2 本发明不仅可以有效克服因声传播衰减、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，输出期望幅度信号;还能对原始信号中的有效信号和干 扰信号施加不同大小增益，提高处理信噪比。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。
【主权项】
1. 一种移动水声跳频通信接收系统的幅度均衡电路，其特征在于设有阻抗变换电路、 自动增益控制电路和带通滤波器； 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。2. 如权利要求1所述一种移动水声跳频通信接收系统的幅度均衡电路，其特征在于所 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。3. 如权利要求1所述一种移动水声跳频通信接收系统的幅度均衡电路，其特征在于所 述带通滤波器采用单片集成有源滤波芯片MAX274。
【专利摘要】一种移动水声跳频通信接收系统的幅度均衡电路，涉及跳频通信系统。设有阻抗变换电路、自动增益控制电路和带通滤波器；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。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。
【IPC分类】H04B1/715, H04L27/38, H04L25/03
【公开号】CN105515609
【申请号】CN201510812445
【发明人】张小康, 许肖梅, 苏海涛, 吴剑明
【申请人】厦门大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年11月20日