[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

本發明提供了一種聲納浮標預處理增益自動控制系統及調節方法，采用高阻抗差分放大器耦合微弱聲納信號，將增益放大分為微弱固定放大、可變增益，固定放大三個階段，把可變增益階段輸出信號有效值變換為反饋信息，在可變增益階段完成對增益的自動精確控制，達到聲納信號寬動態范圍精確放大的目的。將浮標接收到的微弱信號進行放大濾波處理，最終輸出V級的信號，本發明能夠將寬動態范圍的聲納信號穩定放大，放大增益實現自動控制無需人工介入，根據實際使用背景能夠實現對聲納信號的精確放大衰減控制，集成度高、性能穩定可靠，更加易于滿足多通道聲納信號放大需求的聲納產品設計。

技術領域

本發明涉及信號處理工程領域，用于解決海洋背景噪聲干擾和混響干擾下，寬動態范圍聲納信號增益的自動控制問題，尤其是用于聲納在主動、被動工作方式下，為實現對目標的精確探測，寬動態范圍聲納回波信號的增益控制方法。

背景技術

航空吊放聲納、聲納浮標等相關產品對于水下目標的遠距離探測性能，嚴重依賴于寬動態范圍聲納信號的放大和濾波技術。基于海洋信道的特征和聲納遠程探測的特性，探測回波的聲信號呈現出信噪比小、脈沖短且展寬嚴重、存在混響干擾、信號動態范圍大等特點。針對聲納系統遠程探測的需求，本發明所指的一種聲納浮標預處理增益自動控制方法是將增益控制分為三個階段：μv至mv量級的固定增益，mv至v量級的自動可變增益，v級的固定增益，把中間階段輸出信號有效值變換為反饋信息，在mv至v量級的中間階段，實現對增益的精確控制，達到預處理增益自動控制的目的。上述功能可根據聲納系統的實際需求，調整放大系統的工作頻帶和增益范圍，具有良好的通用性。

國內目前在水聲領域的寬動態范圍聲納信號放大技術主要有三種。第一種是基于模擬電壓控制增益的技術。該方法以電壓控制增益放大器為核心，實現了從-40dB到+40dB的線性增益控制。羅有亮等人在“基于VCA810的大動態范圍AGC電路設計”(電子工程設計，2016年)一文中也介紹了類似的方案。該類技術的特點是放大與衰減的動態范圍相同，且需要穩定、高精度、低噪聲的模擬電壓控制信號。對于聲納系統遠程探測的需求，該技術沒有充分發揮對微弱信號的放大能力，單級的放大動態范圍只有40dB，如果需要更大的放大范圍則需要多級級聯實現，且高精度的電壓控制信號需要較為復雜的電路設計才能達到預期的效果。

第二種是基于數控衰減的技術。該方法以數控衰減器或DA變換器為核心，將聲信號作為模擬參考量，采用DA變換的方法，通過提供的數字碼確定模擬聲信號的衰減量。王峰等人在“高精度聲納信號預處理系統的研究”(數據采集與處理，2002年)一文中也介紹了類似的方案，相關技術已于上世紀90年代中期應用于某型航空吊放聲納的預處理系統。該類技術的特點是將聲信號先放大，然后通過衰減器逐級衰減信號。該方法對于長脈沖信號和連續信號能夠實現穩定的控制，對于短脈沖信號容易出現放大量過大、短脈沖信號限幅、衰減碼跳變等現象。

第三種是基于門限估計的增益控制技術。該方法統計一段時間內接收信號幅度過門線的次數，通過統計結果調整放大增益。李恒等人在“基于門限估計的水聲通信接收機自動增益控制”(解放軍理工大學學報(自然科學版)，2015年)一文中對該技術進行了深入的研究和詳細說明。該技術需要人工確定統計時間和門限標準，對于低信噪比時短脈沖回聲信號的判別能力弱。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種聲納浮標預處理增益自動控制系統及調節方法。對聲納工作中放大動態范圍大于衰減動態范圍、避免放大限幅丟失相位信息、無需人工介入實現自動控制放大增益的需求，現有聲納信號的放大控制技術在工程實現上存在不足。本發明的目的就是采用高阻抗差分放大器耦合微弱聲納信號，將增益放大分為微弱固定放大、可變增益，固定放大三個階段，把可變增益階段輸出信號有效值變換為反饋信息，在可變增益階段完成對增益的自動精確控制，達到聲納信號寬動態范圍精確放大的目的。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：