基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及采用DDS (Direct Digital Synthesis，直接数字合成）技术的动 态信号发生装置，特别是涉及基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置。
【背景技术】
[0002] 拖曳式水声信号发射系统是一种专门为海洋声传播损失测量设计的人工拖曳式 声源，它能提供人工控制或自动发射多种波形的大功率声波信号，能与声学浮标或声学潜 标配合使用完成海洋声传播损失测量任务，是海洋声学环境观测和研究的重要手段之一。
[0003] 拖曳式水声信号发射系统由船台控制系统和拖曳体两部分组成，其中船台控制系 统包括工控机、UPS、电源模块、大功率直流电源、调制解调器、采集器和标准水听器等；拖曳 体包括动态信号发生装置、发射换能器、大功率发射模块、调制解调器、换能器匹配器、换能 器自动控制模块、高压大容量储能电容、压力传感器、姿态传感器、电子舱体和拖曳壳体等。
[0004] 动态信号发生装置是对接收的船台指令进行解释，并按照船台指令进行相应的操 作，具有连续信号和扫频信号输出功能，输出信号的频率、幅度、长度和间隔可调。
[0005] 直接数字频率合成（DDS)是一种新的频率合成技术，由于其应用在数字领域优点 突出，所以近些年发展迅猛，现在已经成为信号源主流。DDS主要由频率控制字寄存器、相位 累加器、相位幅度转换查找表、D/A转换器及低通滤波器（LPF)构成。
[0006] 频率控制字和CLK为DDS的关键输入量。当DDS开始工作时，每来一个时钟，相位 累加器就完成一次累加，并把累加结果保存在相位寄存器中，同时输出给相位幅度转换查 找表。相位幅度转换查找表的任务是把输入的相位按照查找表方式计算出它的幅度，然后 再由D/A转换器完成数模转换，在输出端可以得到一个连续的模拟信号。
[0007] CLK的频率为fak，频率控制字的值M决定输出的频率Ut:
[0009] 从（1)式可以看出，频率控制字的位数N越高，输出频率的分辨率就越高，当M的 位数为N时，DDS的频率分辨率△ f为：
[0011] 从（2)式可以看出，当频率控制字的位数N-定时，fak频率越高，反而造成DDS的 频率分辨率△ f降低，在DDS输出扫频信号时，由于DDS频率增量寄存器是△ f的倍数，所以 同时会造成频率增量的分辨率下降，在信号发生器输出低频信号时，这种现象尤为明显，我 们在设计信号发生器时，由于信号发生器的晶振工作频率过高，造成DDS的频率分辨率Δ f 过低，以至于无法输出想要的低频的扫频信号。
[0012] 目前在信号发生器上使用的多为固定频率的晶振，随着DDS技术的发展，晶振的 频率越来越高，不仅造成信号发生器的功耗随晶振的频率增加而增加，而且造成信号发生 器的频率分辨率降低；固定频率的晶振适用范围较小。 【实用新型内容】
[0013] 本实用新型要解决的技术问题是：针对传统信号发生器上使用固定频率的晶振， 信号发生器适用性较差的问题，
[0014] 本实用新型采用的技术方案是：
[0015] -种基于拖曳式水声信号发射系统的动态信号发生装置，所述拖曳式水声信号发 射系统由船台系统和拖曳体组成，所述动态信号发生装置安装在上述拖曳体内；其特征在 于：所述动态信号发生装置包括型号为MSP430F1611的控制系统（1)、型号为AD5930的DDS 芯片（2)、外部开关电路（3)、型号为40M的有源晶振（4)、型号为PIC12F509的动态晶振 (5)、晶振开关电路（6)、串口分配电路（8)、压力传感器（9)、无线通信模块A(IO)、无线通 信模块B(Il)、电子罗盘（12)、电源管理电路（13)、充电电池（14)、信号调理电路（15)、放大 滤波电路（16)和电源系统（17);其中：
[0016] 所述控制系统（1)通过I/O引脚与DDS芯片（2)连接；所述DDS芯片（2)的数字 时钟有两个输入源，上述两个输入源分别为固定有源晶振（4)和动态晶振（5)，所述控制系 统⑴通过I/O引脚与动态晶振（5)连接；
[0017] 所述控制系统（1)的模拟输出引脚与DDS芯片（2)满量程调整控制引脚连接；控 制系统⑴的模拟输出引脚与运算放大器同相端连接，控制系统⑴去掉DDS芯片⑵的 输出信号直流偏置电压；
[0018] 所述DDS芯片（2)依次通过信号调理电路（15)、放大滤波电路（16)对信号进行放 大和滤波；
[0019] 所述控制系统（1)通过I/O引脚与外部开关电路（3)连接；
[0020] 所述控制系统（1)的串口 0通过电缆与船台（7)连接；
[0021] 所述控制系统（1)的串口 1通过串口分配电路（8)完成压力传感器（9)和电子罗 盘（12)的数据采集；电源管理电路（13)通过充电电池（14)为电子罗盘（12)供电；电源系 统（17)为充电电池（14)进行充电。
[0022] 进一步，在拖曳体的前部安装有电子罗盘（12);所述电子罗盘（12)采用充电电池 (14)单独供电；所述控制系统（1)与电子罗盘（12)之间通过无线通信模块AlO和无线通 信模块Bll进行通信。
[0023] 本实用新型具有的优点和积极效果是：
[0024] 通过采用上述技术方案，本实用新型中的动态信号发生装置可以输出连续信号和 扫频信号，输出信号的频率、幅度、长度可调；同时可采集压力传感器、姿态传感器串口数据 并定时传到船台；可通过外部开关电路继电器/空气开关；
[0025] 由于本实用新型中DDS芯片的数字时钟有两个输入源，分别为固定有源晶振和动 态晶振，同时由控制系统通过I/O引脚选择使用哪种晶振，因此可以在输出高频信号时使 用有源晶振，当输出信号频率较低时选择动态晶振。
[0026] 由于动态晶振由单片机构成，因此输出频率为可调的时钟信号。控制系统通过2 个I/O引脚与动态晶振连接，模拟I2C接口，向动态晶振发送命令。控制系统通过1个I/O 引脚与动态晶振复位端连接，可复位动态晶振。动态晶振的单片机采用内置晶振电路，这样 可以减少外围电路；动态晶振的单片机预留两个引脚，如果需要输出特殊时钟频率可以外 接晶振。
[0027] 由于电子罗盘容易受到外部磁场的干扰，为提高电子罗盘的数据质量，将电子罗 盘安装在拖曳体的前部，实现电子罗盘和其它设备的物理隔离。控制系统与电子罗盘的 数据通信通过无线通信模块实现；电子罗盘在工作时由充电电池供电；在电子罗盘不工作 时，控制系统通过I/O引脚控制电源管理电路完成对充电电池充电。
[0028] 动态信号发生装置有两种数字时钟输入，可根据需要选择不同的晶振，增强了动 态信号发生装置的适用范围。动态晶振由单片机构成，可配置输出不同的时钟输出，方便灵 活，在动态信号发生装置输出低频信号时，可适当降低DDS的时钟频率，这样不但可降低功 耗，还会减少系统干扰。
[0029] 采用控制系统自带的两路模拟输出端口，一路用于调节DDS芯片信号输出幅度， 另一路用于去掉输出信号的动态直流偏置电压，电路简洁，精度和可靠性高。
[0030] 电子罗盘与其它设备实现物理隔离，可有效提高电子罗盘数据质量。
【附图说明】
[0031] 图1为本实用新型优选实施例的电路框图；
[0032] 图2为本实用新型优选实施例中动态信号发生装置的动态晶振电路；
[0033] 图3为本实用新型优选实施例中动态信号发生装置的动态晶振工作流程图；
[0034] 图4为本实用新型优选实施例中动态信号发生装置的输出信号波形；
[0035] 图5为本实用新型优选实施例中动态信号发生装置的DDS芯片动态电压偏置电 路；
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