低功耗水声目标被动探测系统

　　1引言

　　随着技术发展，水下无人自动检测系统必须实现对检测目标的探测、定位和跟踪功能。水中目标的识别大多是基于时延估计的无源定位技术， 其利用声压传感器阵列和电子装置接收目标辐射的噪声信号， 通过计算目标声信号到达不同传感器的时间延迟来估计目标位置[1]。由于水中无人自动检测系统受体积、功耗和实时性等条件苛刻要求，因此设计性能优良、结构合理的电子处理系统是关键技术之一，具有十分重要的意义。设计综合考虑系统的功耗、实时性及定位精度的要求，采用低功耗数字信号处理芯片TMS320VC5509A和低功耗设计的通道预处理模块构建了一个目标被动探测定位系统。系统实现结构简单，经某湖实验测试，满足预期设计目标，具有良好的应用前景。

　　2系统硬件平台设计

　　探测定位系统的硬件结构框图如图1所示。系统主要由通道预处理部分、A/D转换器、中心处理器3个部分构成。接收换能器输出的信号经过通道预处理后，送至A/D电路，采样后，输入TMS320VC5509A信号处理器。处理器完成信号采样的时序控制，信号互谱运算、时延估计及方位角和俯仰角解算[2]。通过系统自带多通道缓冲串口将探测目标参数传递给主控显示装置。

　　2.1通道预处理模块设计

　　通道预处理模块主要任务是对接收到的信号进行适当的放大和滤波调理，送出一个适合A/D采样的信号，以满足后端数字信号处理机要求。图2示出了其中一路通道预处理实现结构图。其中，AGC的实现，主要通过信号包络电平对电容充电、放电过程，反馈控制二极管导通、截止状态改变电阻衰减网络中电阻大小，调整接收通道闭环增益从而稳定接收机输出信号幅度。

　　预处理电路低功耗设计的关键，是设计一套高指标低功耗程控带通滤波器。设计采用高通滤波器和低通滤波器级联组成带通滤波器，通过编程数控时钟源可方便设置滤波器通带截至频率。高通滤波器选用线性公司(Linea)的LTC1068来实现，低通滤波器选用LTC1069-6来实现。高通滤波器LTC1068单个芯片就可实现八节有源滤波器的通过特性，而仅消耗6mA的电源电流。低通滤波器LTC1069-6是一款微功耗的八阶有源低通程控滤波器，具有椭圆滤波器的幅频响应特性，仅消耗1mA的电源电流[3]。路原理如图3所示。

　　2.2 A/D与DSP的连接

　　模拟信号的同步采样选用12 bit四通道同步采样高速低功耗AD芯片THS1206，其最高采样速率为6 MHz，具有32 Byte 的FIFO，通过DSP 的EMIF(外部存储器接口)模块，作为外部存储器连接至DSP，实现A/D转换器与 DSP 的无缝连接。图4示出了THS1206与DSP的接口电路原理图。用DSP的外部空间0的选通信号CE0(即图4中C4信号)作为THS 1206的片选信号，并且给THS1206分配地址0x29000。THS1206 的数据有效信号(DATA_AV)连接到DSP的外部中断2引脚，让DSP发生中断读取转换的数据。THS1206的转换时钟由DSP提供。通过配置DSP的定时器控制寄存器可产生所需要的时钟频率。