技术领域
[0001] 本
发明涉及一种基于光纤水听器阵的
同步信号采集处理装置，属于水听器技术领域。
背景技术
[0002] 中国不仅是陆地大国，也是海洋大国。开发和利用海洋，发展海洋经济和海洋事业，对我国经济发展和社会进步，具有十分重要的战略意义。实施海洋发展战略，建设海洋强国，关键是加强海洋科学研究和技术应用，提高海洋事业发展水平。由于
电磁波和光波在
海水中的传播衰减严重，至今为止，
声波还是唯一能在海洋中进行中远距离传播的
能量形式。目前的水下目标探测、
定位及
跟踪、水下通信、水下导航、目标识别、水下武器制导等技术大多以水声信号为主。水声定位技术在水声技术中扮演极为重要的
角色，确定目标的存在和
位置是水声技术中一个最重要且最基本的问题。水声定位技术是海洋开发和国防建设的关键技术，在声呐、雷达、海洋开发、资源探测、航海活动、地质勘探、精确制导等许多领域具有广泛的应用前景。
[0003] 水下声学定位是用水声设备确定水下载体或目标的方位和距离的技术，利用三个以上
传声器构成的基阵接收声脉冲信号，测量到达时间或
相位进行定位。目前常用的水下声学定位技术主要包括水听器基线阵和水听器阵列。在采用上述水下定位技术时，系统需具有同步信号采集功能，许多学者对信号同步采集进行研究并取得了一系列成果，但尚有不完善之处。例如传统的采用光缆同步技术完成多种参数
传感器同步采集，这种方法在满足水声信号定位误差范围时，不仅增加
硬件电路部分的连接复杂度，同时光缆部件内部引入了光电转换等有源器件，一定程度上增加了硬件所需空间；现有的采用时钟同步线的方式完成多采集板卡对水听器阵列信号的采集，这种方法使用的采集板卡无信号预处理功能，在传输带宽固定条件下，不适合水听器阵列的高速信号采集，此外，还需要专
门设计外部时钟源为采集板卡提供时钟同步信号，同时高频时钟同步信号受到外界干扰会产生畸变，进而导致采集板卡之间时钟基准不一致。
发明内容
[0004] 本发明解决的技术问题是：克服
现有技术的不足，提供了一种基于光纤水听器阵的同步信号采集处理装置，装置结构简单，预处理板卡无主从之分，便于安装调试；同时还具有良好的适用性、适应性和扩展性。
[0005] 本发明的技术解决方案是：一种基于光纤水听器阵的同步信号采集处理装置，包括光纤水听器阵、信号调理模
块、采集预处理模块和
信号处理存储装置；
[0006] 光纤水听器阵接收外部声源的水声信号，输出携带有外界声信息的信号进入信号调理模块，经信号调理模块调理后变成模拟
电信号进入采集预处理模块，采集预处理模块对接收的模拟电信号进行
模数转换变成数字电信号，并对数字电信号进行预处理，将预处理信息发送至信号处理存储装置；
[0007] 信号处理存储装置对接收的预处理信息进行存储，并作处理得到外界声波信号对应的距离和方位信息。
[0008] 进一步地，还包括显示终端；所述显示终端与所述信号处理存储装置连接，用于接收并显示显示所述信号处理存储装置处理得到的外界声波信号对应的距离和方位信息。
[0009] 进一步地，还包括声速计、GPS终端和温盐深仪；
[0010] 所述声速计、GPS终端和温盐深仪与所述信号处理存储装置相连接；
[0011] 所述信号处理存储装置对所述采集预处理模块输入的预处理信息、所述声速计输入的声速信息、所述GPS终端输入的位置和时间信息、所述温盐深仪输入的温盐深信息进行封
帧存储。
[0012] 进一步地，所述声速计用于测量所述光纤水听器阵工作水域的声速。
[0013] 进一步地，所述GPS终端用于测量所述光纤水听器阵工作水域的时间、经度、纬度和高度。
[0014] 进一步地，所述温盐深仪用于测量所述光纤水听器阵工作水域的
温度、深度和
盐度。
[0015] 进一步地，所述采集预处理模块包括多通道采集预处理
主板卡和若干个多通道采集预处理从板卡；所述多通道采集预处理主板卡采用一分多的方式输出触发信号至若干个多通道采集预处理从板卡，若干个多通道采集预处理从板卡在接收到触发信号上升边沿时，经延时补偿，与多通道采集预处理主板卡同时实现同步信号采集。
[0016] 进一步地，所述光纤水听器阵为光纤水听器拖曳阵列或光纤水听器基线阵列。
[0017] 进一步地，所述信号调理模块对来自于所述光纤水听器阵的信号进行光电转换。
[0018] 进一步地，所述信号调理模块对来自于所述光纤水听器阵的信号进行增益控制、偏置控制和时延控制。
[0019] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0020] (1)本发明设计的同步信号采集处理装置存储的声波信息中包括水听器工作水域的水文物理条件，如当时水域的声波传输速度、温度、深度和盐度，同时也包括声波信息获取的时间和全球位置坐标，有利于后续对数据进一步分析处理，同时也可以作为水文物理条件的备查
数据库；
[0021] (2)本发明设计的同步信号采集处理装置在工作时，多通道采集预处理主板卡和多通道采集预处理从板卡之间只有一条时钟触发信号线连接，无其它有源或无源器件，结构简单，并具有良好的扩展性；
[0022] (3)本发明采用的多通道采集预处理主板卡和多通道采集预处理从板卡完全相同，主从之分只是形式标识，无需专门标识，现场安装调试方便快捷；
[0023] (4)本发明采用的多通道采集预处理主板卡和多通道采集预处理从板卡均可以独立工作，无需硬件更改，具有良好的适应性。
附图说明
[0024] 图1为本发明本发明
实施例提供的一种基于光纤水听器阵的同步信号采集处理装置。
具体实施方式
[0025] 下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0026] 实施例：
[0027] 图1示出了本发明实施例提供的一种基于光纤水听器阵的同步信号采集处理装置。如图1所示，该一种基于光纤水听器阵的同步信号采集处理装置包括光纤水听器阵2、信号调理模块3、多通道采集预处理主板卡5、若干个多通道采集预处理从板卡6、采集预处理模块4和信号处理存储装置7。
[0028] 多通道采集预处理主板卡5和若干个多通道采集预处理从板卡6组成采集预处理模块4。具体实施时，多通道采集预处理主板卡5和多通道采集预处理从板卡6物理结构完全相同，并且只有一个预处理主板卡，其余均为预处理从板卡；主板卡和从板卡无本质区别，只属于术语形式上的标识，主板卡是指发出触发信号的预处理板卡，从板卡是指接收触发信号的预处理板卡；多通道采集预处理主板卡5和若干个多通道采集预处理从板卡6在安装时应满足电磁兼容特性，并具有良好的
散热特性；多通道采集预处理主板卡5和若干个多通道采集预处理从板卡6需具有单独外部供电
接口，满足独立工作时的供电使用要求。
[0029] 在外界声波信号作用下，光纤水听器阵2输出的携带有外界声信息的信号进入信号调理模块3，经信号调理模块3调理后变成模拟电信号进入采集预处理模块4，采集预处理模块4对接收的模拟电信号进行模数转换变成数字电信号，并对数字电信号进行预处理，预处理信息经采集预处理模块4进入信号处理存储装置7，信号处理存储装置7对接收的预处理信息进行存储，并作进一步处理，得到外界声波信号对应的距离和方位信息。具体实施时，声源1产生外界声波信号，声波引起的声压变化对光纤水听器阵2进行作用，引起光纤水听器阵2内的传感介质发生变化，使光纤水听器阵2输出的信号中携带有外界声信息，并输出至信号调理模块3，信号调理模块3对携带有外界声信息的信号调理后输出至采集预处理模块4，采集预处理模块4对接收的信号进行预处理运算，并采用网口或CPCI接口方式将预处理信息输出至信号处理存储装置7，信号处理存储装置7对接收的数据进行存储，并对存储的数据作进一步解调处理，得到外界声波信号对应的距离和方位信息，即声源1相对于光纤水听器阵2的距离和方位。
[0030] 上述实施例中，如图1所示，该一种基于光纤水听器阵的同步信号采集处理装置还包括显示终端8；其中，
[0031] 显示终端8与信号处理存储装置7相连接。
[0032] 信号处理存储装置7将处理得到的外界声波信号对应的距离和方位信息传输至显示终端8进行显示。具体的，信号处理存储装置7将处理得到的声源1相对于光纤水听器阵2的距离和方位信息发送到显示终端8通过图形的方式进行显示。
[0033] 上述实施例中，如图1所示，该一种基于光纤水听器阵的同步信号采集处理装置还包括声速计9、GPS终端10和温盐深仪11；其中，
[0034] 声速计9、GPS终端10和温盐深仪11均通过RS232接口与信号处理存储装置7相连接。
[0035] 信号处理存储装置7对采集预处理模块4输入的预处理信息、声速计9输入的声速信息、GPS终端10输入的位置和时间信息、温盐深仪11输入的温盐深信息进行封帧存储。具体实施时，信号处理存储装置7对接收到的信息进行封帧存储，存储速度至少为最大声波
频率的5倍，其中来自于采集预处理模块4输入的预处理信息的帧段长度大于16字节；声速计9输入的声速信息、GPS终端10输入的位置和时间信息以及温盐深仪11输入的温盐深信息的帧段长度合计为24字节。
[0036] 上述实施例中，如图1所示，声速计9用于测量光纤水听器阵2工作水域的声速。具体实施时，声速计9位于光纤水听器阵2所在水位的同一深度，并把获取的声速信息传输至信号处理存储装置7。
[0037] 上述实施例中，如图1所示，GPS终端10用于测量光纤水听器阵2工作水域的时间、经度、纬度和高度。具体实施时，GPS终端以
磁性吸盘的方式固定在光纤水听器阵2的接收端，并实时把时间和位置信息传输至信号处理存储装置7。
[0038] 上述实施例中，如图1所示，温盐深仪11用于测量光纤水听器阵2工作水域的温度、深度和盐度等三个主要参数。具体实施时，温盐深仪11位于光纤水听器阵2所在水位的同一深度，温盐深仪11测得所在水域点的温度、深度和盐度，并实时把这些信息传输至信号处理存储装置7。
[0039] 上述实施例中，如图1所示，多通道采集预处理主板卡5采用一分多的方式输出触发信号至若干个多通道采集预处理从板卡6，若干个多通道采集预处理从板卡6在接收到触发信号上升边沿后，经延时补偿，与多通道采集预处理主板卡5实现同步信号采集功能。具体实施时，多通道采集预处理主板卡5通过SMA接口的屏蔽信号线输出触发信号至若干个多通道采集预处理从板卡6，并保证接口之间的阻抗匹配，优选50欧姆阻抗匹配；根据多通道采集预处理从板卡6的输入SMA接口至多通道采集预处理主板卡5的输出SMA接口之间的有效长度，可以准确计算触发信号的延时时间，并通过
软件设置对延时时间进行补偿，实现多通道采集预处理主板卡5与若干个多通道采集预处理从板卡6对信号的同步采集。
[0040] 上述实施例中，如图1所示，光纤水听器阵2既可以是光纤水听器阵列，也可以是光纤水听器基线阵。具体的，水听器阵列向大规模化发展，长度可达数百上千米，大大提高探测性能，增加目标探测距离，多属于被动定位方式；水听器基线阵属于主动定位方式，主要包括长基线定位系统、短基线定位系统和超短基线定位系统；根据现场定位
精度、安装方式以及使用环境条件，选择合适的光纤水听器阵。
[0041] 上述实施例中，如图1所示，信号调理模块3对来自于光纤水听器阵2的信号进行增益控制。具体的，光纤水听器阵2内传感单元数量较多时，各通道的信号功率不一致，容易引起光纤水听器阵2输出的信号幅度不一致，为保证采集预处理模块4和信号处理存储装置7进行信号处理时不出现偏差或差错，信号调理模块3需对接收的信号进行增益控制，使各通道
输出信号幅度保持一致。
[0042] 上述实施例中，如图1所示，信号调理模块3对来自于光纤水听器阵2的信号进行光电转换。具体实施时，光纤水听器阵输出的是经外界声波调制的
光信号，信号调理模块3将接收的光信号进行光电转换变成模拟电信号；在进行光电转换时，需要对光电转换部分做好温控以及温度补偿，避免热噪声干扰。
[0043] 本发明设计的同步信号采集处理装置存储的声波信息中包括水听器工作水域的水文物理条件，如当时水域的声波传输速度、温度、深度和盐度，同时也包括声波信息获取的时间和全球位置坐标，有利于后续对数据进一步分析处理，也可以作为水文物理条件的备查数据库；本发明设计的同步信号采集处理装置正常工作时，多通道采集预处理主板卡和多通道采集预处理从板卡之间只有一条时钟触发信号线连接，无其它有源或无源器件，结构简单，并具有良好的扩展性，多通道采集预处理主板卡数量可以进一步扩展；本发明采用的多通道采集预处理主板卡和多通道采集预处理从板卡完全相同，主从之分只是形式标识，无需专门标识，现场安装调试方便快捷；本发明采用的多通道采集预处理主板卡和多通道采集预处理从板卡均可以独立工作，无需硬件更改，保证了板卡的工作
稳定性，表现出具有良好的环境适应性。
[0044] 以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
[0045] 本发明
说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
