基于拖曳式水聲信號發(fā)射系統(tǒng)的動態(tài)信號發(fā)生裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及采用DDS (Direct Digital Synthesis，直接數字合成）技術的動 態(tài)信號發(fā)生裝置，特別是涉及基于拖曳式水聲信號發(fā)射系統(tǒng)的動態(tài)信號發(fā)生裝置。
【背景技術】
[0002] 拖曳式水聲信號發(fā)射系統(tǒng)是一種專門為海洋聲傳播損失測量設計的人工拖曳式 聲源，它能提供人工控制或自動發(fā)射多種波形的大功率聲波信號，能與聲學浮標或聲學潛 標配合使用完成海洋聲傳播損失測量任務，是海洋聲學環(huán)境觀測和研究的重要手段之一。
[0003] 拖曳式水聲信號發(fā)射系統(tǒng)由船臺控制系統(tǒng)和拖曳體兩部分組成，其中船臺控制系 統(tǒng)包括工控機、UPS、電源模塊、大功率直流電源、調制解調器、采集器和標準水聽器等；拖曳 體包括動態(tài)信號發(fā)生裝置、發(fā)射換能器、大功率發(fā)射模塊、調制解調器、換能器匹配器、換能 器自動控制模塊、高壓大容量儲能電容、壓力傳感器、姿態(tài)傳感器、電子艙體和拖曳殼體等。
[0004] 動態(tài)信號發(fā)生裝置是對接收的船臺指令進行解釋，并按照船臺指令進行相應的操 作，具有連續(xù)信號和掃頻信號輸出功能，輸出信號的頻率、幅度、長度和間隔可調。
[0005] 直接數字頻率合成（DDS)是一種新的頻率合成技術，由于其應用在數字領域優(yōu)點 突出，所以近些年發(fā)展迅猛，現在已經成為信號源主流。DDS主要由頻率控制字寄存器、相位 累加器、相位幅度轉換查找表、D/A轉換器及低通濾波器（LPF)構成。
[0006] 頻率控制字和CLK為DDS的關鍵輸入量。當DDS開始工作時，每來一個時鐘，相位 累加器就完成一次累加，并把累加結果保存在相位寄存器中，同時輸出給相位幅度轉換查 找表。相位幅度轉換查找表的任務是把輸入的相位按照查找表方式計算出它的幅度，然后 再由D/A轉換器完成數模轉換，在輸出端可以得到一個連續(xù)的模擬信號。
[0007] CLK的頻率為fak，頻率控制字的值M決定輸出的頻率Ut:
[0009] 從（1)式可以看出，頻率控制字的位數N越高，輸出頻率的分辨率就越高，當M的 位數為N時，DDS的頻率分辨率△ f為：
[0011] 從（2)式可以看出，當頻率控制字的位數N-定時，fak頻率越高，反而造成DDS的 頻率分辨率△ f降低，在DDS輸出掃頻信號時，由于DDS頻率增量寄存器是△ f的倍數，所以 同時會造成頻率增量的分辨率下降，在信號發(fā)生器輸出低頻信號時，這種現象尤為明顯，我 們在設計信號發(fā)生器時，由于信號發(fā)生器的晶振工作頻率過高，造成DDS的頻率分辨率Δ f 過低，以至于無法輸出想要的低頻的掃頻信號。
[0012] 目前在信號發(fā)生器上使用的多為固定頻率的晶振，隨著DDS技術的發(fā)展，晶振的 頻率越來越高，不僅造成信號發(fā)生器的功耗隨晶振的頻率增加而增加，而且造成信號發(fā)生 器的頻率分辨率降低；固定頻率的晶振適用范圍較小。 【實用新型內容】
[0013] 本實用新型要解決的技術問題是：針對傳統(tǒng)信號發(fā)生器上使用固定頻率的晶振， 信號發(fā)生器適用性較差的問題，
[0014] 本實用新型采用的技術方案是：
[0015] -種基于拖曳式水聲信號發(fā)射系統(tǒng)的動態(tài)信號發(fā)生裝置，所述拖曳式水聲信號發(fā) 射系統(tǒng)由船臺系統(tǒng)和拖曳體組成，所述動態(tài)信號發(fā)生裝置安裝在上述拖曳體內；其特征在 于：所述動態(tài)信號發(fā)生裝置包括型號為MSP430F1611的控制系統(tǒng)（1)、型號為AD5930的DDS 芯片（2)、外部開關電路（3)、型號為40M的有源晶振（4)、型號為PIC12F509的動態(tài)晶振 (5)、晶振開關電路（6)、串口分配電路（8)、壓力傳感器（9)、無線通信模塊A(IO)、無線通 信模塊B(Il)、電子羅盤（12)、電源管理電路（13)、充電電池（14)、信號調理電路（15)、放大 濾波電路（16)和電源系統(tǒng)（17);其中：
[0016] 所述控制系統(tǒng)（1)通過I/O引腳與DDS芯片（2)連接；所述DDS芯片（2)的數字 時鐘有兩個輸入源，上述兩個輸入源分別為固定有源晶振（4)和動態(tài)晶振（5)，所述控制系 統(tǒng)⑴通過I/O引腳與動態(tài)晶振（5)連接；
[0017] 所述控制系統(tǒng)（1)的模擬輸出引腳與DDS芯片（2)滿量程調整控制引腳連接；控 制系統(tǒng)⑴的模擬輸出引腳與運算放大器同相端連接，控制系統(tǒng)⑴去掉DDS芯片⑵的 輸出信號直流偏置電壓；
[0018] 所述DDS芯片（2)依次通過信號調理電路（15)、放大濾波電路（16)對信號進行放 大和濾波；
[0019] 所述控制系統(tǒng)（1)通過I/O引腳與外部開關電路（3)連接；
[0020] 所述控制系統(tǒng)（1)的串口 0通過電纜與船臺（7)連接；
[0021] 所述控制系統(tǒng)（1)的串口 1通過串口分配電路（8)完成壓力傳感器（9)和電子羅 盤（12)的數據采集；電源管理電路（13)通過充電電池（14)為電子羅盤（12)供電；電源系 統(tǒng)（17)為充電電池（14)進行充電。
[0022] 進一步，在拖曳體的前部安裝有電子羅盤（12);所述電子羅盤（12)采用充電電池 (14)單獨供電；所述控制系統(tǒng)（1)與電子羅盤（12)之間通過無線通信模塊AlO和無線通 信模塊Bll進行通信。
[0023] 本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是：
[0024] 通過采用上述技術方案，本實用新型中的動態(tài)信號發(fā)生裝置可以輸出連續(xù)信號和 掃頻信號，輸出信號的頻率、幅度、長度可調；同時可采集壓力傳感器、姿態(tài)傳感器串口數據 并定時傳到船臺；可通過外部開關電路繼電器/空氣開關；
[0025] 由于本實用新型中DDS芯片的數字時鐘有兩個輸入源，分別為固定有源晶振和動 態(tài)晶振，同時由控制系統(tǒng)通過I/O引腳選擇使用哪種晶振，因此可以在輸出高頻信號時使 用有源晶振，當輸出信號頻率較低時選擇動態(tài)晶振。
[0026] 由于動態(tài)晶振由單片機構成，因此輸出頻率為可調的時鐘信號?？刂葡到y(tǒng)通過2 個I/O引腳與動態(tài)晶振連接，模擬I2C接口，向動態(tài)晶振發(fā)送命令?？刂葡到y(tǒng)通過1個I/O 引腳與動態(tài)晶振復位端連接，可復位動態(tài)晶振。動態(tài)晶振的單片機采用內置晶振電路，這樣 可以減少外圍電路；動態(tài)晶振的單片機預留兩個引腳，如果需要輸出特殊時鐘頻率可以外 接晶振。
[0027] 由于電子羅盤容易受到外部磁場的干擾，為提高電子羅盤的數據質量，將電子羅 盤安裝在拖曳體的前部，實現電子羅盤和其它設備的物理隔離?？刂葡到y(tǒng)與電子羅盤的 數據通信通過無線通信模塊實現；電子羅盤在工作時由充電電池供電；在電子羅盤不工作 時，控制系統(tǒng)通過I/O引腳控制電源管理電路完成對充電電池充電。
[0028] 動態(tài)信號發(fā)生裝置有兩種數字時鐘輸入，可根據需要選擇不同的晶振，增強了動 態(tài)信號發(fā)生裝置的適用范圍。動態(tài)晶振由單片機構成，可配置輸出不同的時鐘輸出，方便靈 活，在動態(tài)信號發(fā)生裝置輸出低頻信號時，可適當降低DDS的時鐘頻率，這樣不但可降低功 耗，還會減少系統(tǒng)干擾。
[0029] 采用控制系統(tǒng)自帶的兩路模擬輸出端口，一路用于調節(jié)DDS芯片信號輸出幅度， 另一路用于去掉輸出信號的動態(tài)直流偏置電壓，電路簡潔，精度和可靠性高。
[0030] 電子羅盤與其它設備實現物理隔離，可有效提高電子羅盤數據質量。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本實用新型優(yōu)選實施例的電路框圖；
[0032] 圖2為本實用新型優(yōu)選實施例中動態(tài)信號發(fā)生裝置的動態(tài)晶振電路；
[0033] 圖3為本實用新型優(yōu)選實施例中動態(tài)信號發(fā)生裝置的動態(tài)晶振工作流程圖；
[0034] 圖4為本實用新型優(yōu)選實施例中動態(tài)信號發(fā)生裝置的輸出信號波形；
[0035] 圖5為本實用新型優(yōu)選實施例中動態(tài)信號發(fā)生裝置的DDS芯片動態(tài)電壓偏置電 路；
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