便携式水下声信标探测定位设备技术设计与实现

　　0 引言

　　对水下目标声源进行探测、搜寻和定位时，设置声基阵为目前应用最广泛的一种水下定位技术。根据系统定位基线的长度，可分为长基线阵(LBL)、短基线阵(SBL)和超短基线阵(SSBL/USBL)。这些系统的共同特点是基线较长，超短基线的长度也接近10m[1-3]，需要较大的操作平台，且作用距离短，信号处理的接收设备复杂。

　　本文根据实际应用需求，针对声信标的信号形式，设计了一种简单、便携、高效的声信标探测定位设备，单人手持即可完成对声信标的大范围搜索，短时间内即可完成对声信标的探测和定位，大大提高了搜索效率，该设备已经在实际使用中得到了很好的应用效果。

　　1 设备组成及工作原理

　　便携式声信标探测定位设备主要由指向性水听器、接收处理主单元、控制单元、本振信号单元、功放单元、操作面板单元、电池及电源电路单元以及水密耳机等部分组成。设备采用低功耗设计，利用锂电池供电。进行了密封耐压设计，可整体在水下使用。指向性水听器与系统壳体采用纵向水密通过螺纹连接，防水耳机通过水密连接器与主机相连。系统框图如图1所示，示意图如图2所示。

　　便携式声信标探测定位设备可对5～80kHz范围内有规律的CW(单频脉冲)信号目标声源探测和搜索，利用指向性水听器的指向性特性，可以像手电筒一样对目标进行探测。水听器信号放大后经过频带范围在5～80kHz之间的有源带通滤波器，滤波器电路利用2个数字电位器，通过控制单元使其中心频率可调。设备的面板有2个机械编码器，分别用来调节电路的增益大小和选择搜寻的目标频率。

　　使用时，操作者可通过操作面板机械编码器选择需要探测搜索的目标频率，控制单元根据机械编码器的输出将该信息在LCD显示屏上显示，同时控制带通滤波器的数字电位器变化，调整滤波器的中心频率，并输出混频器的本振信号。本振信号和滤波器输出通过混频电路和音频功放电路，得到人耳能辨别的1.5kHz左右的声音信号，同时信号的强弱在面板上的LED光柱指示器上也显示出来。

　　本设备的设计充分利用了指向性水听器较普通水听器空间增益高以及人耳对信号识别能力强的特点，提高了复杂海况条件下对弱信号的检测能力。

　　2 实现方法

　　2.1 滤波器设计

　　接收机的滤波电路是由运放器件构成有源带通滤波器，频率范围在5～80kHz之间。带通滤波器电路采用多重反馈改进型电路结构，为了使本滤波电路的中心频率连续可调，采用了调整精确、可以程序控制的数字电位器。多重反馈电路结构如图3所示。