[發明專利]一種聲納浮標預處理增益自動控制系統及調節方法

在審

• 申請號: 202011444881.8
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112636712A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 鄭琨;王英民;諸國磊;陶林偉;牛奕龍;王奇
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H03G3/30
• 分類號: H03G3/30
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

1.一種聲納浮標預處理增益自動控制系統，其特征在于：

所述聲納浮標預處理增益自動控制系統，差分放大器與水聽器直連，差分放大器對水聽器耦合的信號進行第一次前置放大，前置放大后的信號經過第一固定放大電路進行第二次固定增益放大，再進行高通濾波，高通濾波后的信號經過兩級級聯的可變增益放大電路實現第三次可變增益放大；可變增益放大電路的輸出信號經過帶通濾波后，進入第二固定放大電路進行第四次固定增益放大，放大后的信號經過低通濾波后將信號輸出；

其中，可變增益放大電路輸出一路信號作為反饋信號，反饋信號通過均方根直流轉換器將交流信號轉換為直流信號，再通過單片機采集直流信號并產生增益控制碼，通過增益控制碼控制可變增益放大電路中反饋電阻的阻值。

2.根據權利要求1所述的聲納浮標預處理增益自動控制系統，其特征在于：

根據水聽器選擇差分放大器，水聽器的輸出阻抗遠小于差分放大器的輸入阻抗，差分放大器與水聽器的物理距離為0.25m-0.5m，，確定第二次固定放大的增益為1-10倍，高通濾波的截止頻率為15kHz-20kHz。

3.根據權利要求1所述的聲納浮標預處理增益自動控制系統，其特征在于：

所述可變增益放大電路中，將數控電位計作為反饋電阻與低噪聲運放組成反向放大電路，輸入電阻連接低噪聲運放的輸入反相端，將兩組反向放大電路進行級聯，兩級級聯實現動態范圍的擴大。

4.根據權利要求1所述的聲納浮標預處理增益自動控制系統，其特征在于：

所述帶通濾波電路采用模擬濾波器，根據應用需求調整帶通濾波參數，對信號進行第四次固定增益放大，補償電路的信號衰減，第二固定放大電路中第四次放大的放大量倍數為1-10倍，低通濾波后將信號輸出。

5.根據權利要求1所述的聲納浮標預處理增益自動控制系統，其特征在于：

所述反饋信號通過均方根直流轉換器轉換為直流信號，單片機采集該直流信號，結合可變增益放大電路的增益，產生數控電位計所需的配置參數，完成信號放大的自動增益控制，單片機提供人工增益控制的接口，使得聲納操作人員根據實際收聽效果，調節可變增益的放大量。

6.根據權利要求1所述的聲納浮標預處理增益自動控制系統，其特征在于：

所述數字電位計R_C為滑動變阻器，數字電位計R_C由單片機發送的程序指令進行控制檔位，為可變增益放大電路的反饋電阻，與可變增益放大電路的輸入電阻R構成反相放大器，反相放大器的放大倍數表示為G＝-R_C/R，負號表示信號的相位翻轉180度，通過調整R_C，實現電信號的放大或衰減，當R_CR時，|G|1，對電信號實現放大；當R_CR時，|G|1，對電信號實現衰減。

7.根據權利要求6所述的聲納浮標預處理增益自動控制系統，其特征在于：

所述數字電位計R_C采用AD5293芯片，滿檔位時阻值為100kΩ，共有1024個檔位可調，每檔電阻值為97.65Ω，輸入電阻R為1kΩ，則通過調節1024個檔位對電信號實現逐倍的增益調整，根據G＝-R_C/R得到每級放大倍數為0.09765倍，共1024級，當數字電位計的電阻小于1kΩ時，即在1～10檔時，電路實現衰減功能，當數字電位計的電阻大于1kΩ時，即在11～1024檔時，實現放大功能。

8.一種利用權利要求1所述聲納浮標預處理增益自動控制系統的調節方法，其特征在于包括下述步驟：

通過均方根直流轉換器將交流信號轉換成直流信號送入單片機，在單片機內將該直流信號的電平與參考電平做比對，從而判斷出新的放大倍數，并將放大倍數以程序指令的方式送入數字電位計調節原始交流信號的放大量，采樣判斷過程使用直流信號，有效地降低其他信號和程序指令原始交流信號造成的干擾；調節步驟為：

1)交流信號經過數模轉換后，得到直流電平s，判斷直流電平s是否大于第一閾值s1，s1取值5264，如s大于s1，則將單片機控制放大倍數的程序指令G乘以0.707得到新G，并將新G輸入數字電位計；否則，進入步驟2)；

2)判斷直流電平s是否大于第二閾值s2，s2取值為0，如s大于s2，則將單片機控制放大倍數的程序指令G直接輸入數字電位計；否則，進入步驟3)；

3)將單片機控制放大倍數的程序指令G按照公式G乘以第三閾值s3再除以s，得到新G，其中s3取值為1974～3212，然后將新G輸入數字電位計。