高频图像声呐信号处理系统
阅读说明：本技术 高频图像声呐信号处理系统 (High-frequency image sonar signal processing system ) 是由 周生启 杨凯强 徐彤彤 杨飞 钟艺玲 牛耀 刘耸霄 李树贤 李鑫旺 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种信号处理系统,尤其是高频图像声呐信号处理系统,包括：处理控制模块,处理控制模块用于处理信号和存储信号,还用于将信号实时传输给声呐系统的主控模块；多通道信号采集模块,多通道信号采集模块用于采集声呐的模拟信号并将模拟信号转换成数字信号发送给处理控制模块；DAC输出模块,DAC模块与处理控制模块连接,用于将数字信号转换成模拟电流控制执行机构；电源模块,电源模块与处理控制模块连接,用于提供驱动电源；罗经接口,罗经接口与处理控制模块连接,用于连接罗经传感器；及均与处理控制模块连接的内存模块、存储模块、SD卡模块、以太网接口和串口通信接口。该系统信号处理速度快、信号处理量高。(The invention relates to a signal processing system, in particular to a high-frequency image sonar signal processing system, which comprises: the processing control module is used for processing signals, storing the signals and transmitting the signals to a main control module of the sonar system in real time; the system comprises a multichannel signal acquisition module, a processing control module and a data processing module, wherein the multichannel signal acquisition module is used for acquiring analog signals of sonar, converting the analog signals into digital signals and sending the digital signals to the processing control module; the DAC output module is connected with the processing control module and used for converting the digital signal into an analog current control actuating mechanism; the power supply module is connected with the processing control module and is used for providing a driving power supply; the compass interface is connected with the processing control module and is used for connecting the compass sensor; and the memory module, the storage module, the SD card module, the Ethernet interface and the serial port communication interface are all connected with the processing control module. The system has high signal processing speed and high signal processing quantity.)
技术领域
本发明涉及一种信号处理系统，尤其是高频图像声呐信号处理系统。
背景技术
声呐是当今海军作战最重要的手段之一。在潜艇战、反潜战、水雷战和反水雷战中都少不了声呐设备。潜艇在水下的作战活动范围和攻击防御能力，在很大成都上取决于它所装备的声呐，因此声呐被称为水下武器装备的耳目。一旦失去耳目，水下武器装备几乎完全失去战斗力，同时面临着极大的生存风险。水面舰艇的防潜、反潜和反水雷能力也主要取决于所装备的声呐。可以说，没有声呐就没有制海权。声纳技术不仅在水下军事通信、导航和反潜作战中享有非常重要的地位，而且已经成为人类认识、开发和利用海洋的重要手段。
通常声呐的电路系统包括前放、调理和信号处理三大块。其中，信号处理是声呐的信息数据处理运算中心。传统的声呐信号处理电路存在信号处理速度慢、不能同时处理多路信号、信号传输能力弱等各种缺点，不能满足当前需要迅速完成信号的处理以及传输的要求。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种信号处理速度快、信号处理量高大的高频图像声呐信号处理系统，具体技术方案为：
高频图像声呐信号处理系统，包括：处理控制模块，所述处理控制模块用于处理信号和存储信号，还用于将信号实时传输给声呐系统的主控模块；多通道信号采集模块，所述多通道信号采集模块用于采集声呐的模拟信号并将模拟信号转换成数字信号发送给处理控制模块；DAC输出模块，所述DAC模块与所述处理控制模块连接，用于将数字信号转换成模拟电流控制执行机构；电源模块，所述电源模块与所述处理控制模块连接，用于提供驱动电源；罗经接口，所述罗经接口与所述处理控制模块连接，用于连接罗经传感器；及均与处理控制模块连接的内存模块、存储模块、SD卡模块、以太网接口和串口通信接口。
进一步的，所述处理控制模块包括单片机U1，所述单片机U1为XC7Z045-1FFG676I芯片。
进一步的，所述多通道信号采集模块包括不少于一个的采集转换器U1，所述采集转换器为AFE5832LPZAV。
进一步的，所述内存模块包括DDR3内存芯片和稳压芯片U29，所述稳压芯片U29为TPS51200DRCT。
在PCB布局中要让VTTDDR稳压模块要尽量靠近DDR3内存芯片。
进一步的，所述电源模块包括：第一电源单元，所述第一单元包括TPS565201；第二电源单元，所述第二单元包括LTC3633EFE#PBF；第三电源单元，所述第三单元包括TPS74401RG；第四电源单元，所述第四单元包括LMZ21701SILT。
进一步的，所述以太网接口包括芯片U206，所述芯片U206为88E1116R。
与现有技术相比本发明具有以下有益效果：
本发明提供的高频图像声呐信号处理系统信号处理速度快、信号处理量高。
附图说明
图1是高频图像声呐信号处理系统的结构框图；
图2是多通道采集模块的模拟信号采集输入电路图
图3是多通道采集模块将模拟信号转换成数字信号后输出的电路图；
图4是内存模块的电路图；
图5是电源芯片TPS565201电路原理图
图6是电源芯片LTC3633EFE#PBF的电路原理图
图7是电源芯片TPS74401RG的电路原理图
图8是电源芯片LMZ21701SILT的电路原理图
图9是以太网接口电路原理图
图10是XC7Z045-1FFG676I的电路原理图。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图10所示，高频图像声呐信号处理系统，包括：处理控制模块，所述处理控制模块用于处理信号和存储信号，还用于将信号实时传输给声呐系统的主控模块；多通道信号采集模块，所述多通道信号采集模块用于采集声呐的模拟信号并将模拟信号转换成数字信号发送给处理控制模块；DAC输出模块，所述DAC模块与所述处理控制模块连接，用于将数字信号转换成模拟电流控制执行机构；电源模块，所述电源模块与所述处理控制模块连接，用于提供驱动电源；罗经接口，所述罗经接口与所述处理控制模块连接，用于连接罗经传感器；及均与处理控制模块连接的内存模块、存储模块、SD卡模块、以太网接口和串口通信接口。
处理控制模块包括单片机U1，所述单片机U1为XC7Z045-1FFG676I芯片。
多通道信号采集模块包括不少于一个的采集转换器U1，所述采集转换器为AFE5832LPZAV。
内存模块包括DDR3内存芯片和稳压芯片U29，所述稳压芯片U29为TPS51200DRCT。
在PCB布局中要让VTTDDR稳压模块要尽量靠近DDR3内存芯片。
电源模块包括：第一电源单元，所述第一单元包括TPS565201；第二电源单元，所述第二单元包括LTC3633EFE#PBF；第三电源单元，所述第三单元包括TPS74401RG；第四电源单元，所述第四单元包括LMZ21701SILT。
以太网接口包括芯片U206，所述芯片U206为88E1116R。
如图10所示，控制核心器件是ZYNQ架构系列的XC7Z045-1FFG676I芯片。对外接口包括64路ADC数据采集及预处理模块、DAC输出模块、电源模块、Flash存储模块、DDR3模块、以太网模块、串口通信接口等等。在其内部可以实现数字信号处理、千兆网通信等功能。ZYNQ架构属于一种异构系列处理器，内部分为PS(ARM)和PL（FPGA）这两部分，主要完成64路模拟接收信号的高速采集和处理、大容量数据的本地存储和实时传输、本地存储数据的快速读取、100Mbps/1.0Gbps以太网通信以及串口通信等功能，并可以支持多种协议的接口互联，可为声呐等系统的实时信号采集处理和高速实时数据传输等任务提供可靠保障。
如图2和图3所示，多通道信号采集模块的主要功能是对外界输入的64路单端输入的模拟信号进行模数转换，主要是通过ADC模块来实现。ADC芯片选用的是TI公司的AFE5832LPZAV。AFE5832LPZAV是一种高度集成的模拟前端（AFE）解决方案，专门为需要高性能、低功耗和小尺寸的便携式超声系统设计的芯片。
AFE5832LPZAV这款元器件的内部由一个多芯片模块（MCM，Multichip Module）构成，该模块有两个部分：1个是压控增益放大器部分（VCA，Voltage Controlled gainAmplifier）和1个ADC部分。VCA芯片有32个通道与ADC芯片的16个通道接口。每个ADC信道交替地转换奇数和偶数VCA信道。
采用4片AFE5832LPZAV芯片来完成64路模拟信号的采集以及预处理。64路模拟信号均以单端信号形式输入到AFE5832LPZAV中去，每一片AFE5832LPZAV芯片均使用16路奇通道来完成数据采集。AFE5832LPZAV芯片的采集速率为5MSPS，采样精度为12位。然后由AFE5832LPZAV芯片完成模数转换，最后以数字信号的形式输出。
如图5所示，TPS565201是由TI公司所提供的一种开关电源芯片，其输入电源是直流+12V，通过配置反馈电阻获得+5.4V的直流输出电源。+5.4V经过滤波器转换成+5.4V_Analog。二者均为外界电路板提供电源。
如图6所示，LTC3633F是由LINEAR公司所提供的一种开关电源芯片。其输入电源是直流+5.4V，通过配置反馈电阻分别获得+3.3V、+1.8V、+1.5V、+1.2V的直流输出电源。LTC3633EFE#PBF输出+3.3V和+1.5V的具体原理图，输出+1.8V、+1.2V的原理图除了配置电阻不一致，其它与图5基本一致。
如图7所示，TPS74401RG是TI公司设计生产的一种低压降线性稳压器（LDO）。它具有可编程的软启动模式，可降低器件启动时的电容浪涌电流，从而以最大限度减小输入电源的应力。其输入电压是+5.4V，输出电压是+1V，负责给ZYNQ主控芯片供电。
如图8所示，LMZ21701SILT是由TI公司所提供的一种直流降压芯片。其输入电源是直流+12V，通过配置反馈电阻获得+5V的直流输出电源。+5V主要负责给DA转换芯片AD5542A_MO-153-AB等芯片供电。
如图9所示，以太网主要是便于整个系统的调试和程序软件升级。它可以在波束形成算法验证过程中，通过以太网完成将64路模拟转换后的数据通过以太网传输到DDR3中，然后再通过ZYNQ架构处理器读取DDR3中数据进行波束形成并作相关的算法处理，最后再将处理后的结果通过以太网传输到外界，此外也可以通过以太网接口实现对ZYNQ 架构处理器中功能的远程更新。
工作原理：
多通道信号采集模块将采集到的64路模拟信号传输到本信号处理电路中，经过ADC模块转换，这些采集到的模拟信号被转换成数字信号后再传输给ZYNQ架构处理器。ZYNQ架构处理器通过自身加载的算法来处理这些数字信号，最后将处理后的数据一方面存储在本地的SD卡，另一方面通过千兆以太网接口实时传输到声呐系统的主控单元，这样就完成了声呐系统的信号处理。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明权利要求的保护范围之内。
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