具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种基于FPGA的水声应答器电子设备作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供了一种基于FPGA的水声应答器电子设备，其结构如图1所示，包括调理模块、数字处理模块和功放模块。所述调理模块与接收换能器相接，将所述接收换能器传来的信号进行放大和滤波；所述数字处理模块将调理模块输出的信号进行模数转换后处理，输出CW信号或LFM信号；所述功放模块将数字处理模块输出的信号传输发射换能器，通过发射换能器发射出去。

如图2所示为调理模块的硬件原理示意图，其主要功能是将接收换能器传来的信号进行放大和滤波，主要是通过AD8421和AD8676两种芯片来实现。AD8421芯片是一种低成本、低功率、低噪声、超低偏置电流、高速仪表放大器，非常适合于数据采集应用，该设备具有高共模抑制比，并且允许在宽温度范围内提取存在高频共模噪声的低电平信号。AD8676芯片是一种高精度、宽带宽的运放，具有轨对轨输出波动和非常低的噪声。在图2中，IN+和IN-是从接收换能器传来的差分信号，经过AD8421芯片输出一路信号后再经过AD8676芯片和另一个AD8421芯片进行放大和滤波，输出signal信号，通过排针进入数字处理模块进行数字处理。

数字处理模块的主要功能是对上面调理模块输出的signal信号进行模-数转换，主要是通过ADC模块和FPGA来实现。ADC模块选用的是linear公司的LTC2378芯片，该芯片为一种低噪音、低功率、高速16位逐次逼近寄存器的ADC，且具有高速SPI兼容串行接口，支持1.8V、2.5V、3.3V和5V逻辑，采样率为1Msps，非常适合各种高速应用程序。内部振荡器设置转换时间，消除了外部定时的考虑。LTC2378芯片的功能框图如图3所示。从图3可知，输入端的差分信号通过16位采样ADC完成模-数转换，再SPI端口完成数字信号输出。LTC2378芯片在采集模式主要是以SPI总线协议来完成数据转换。SPI控制接口、串行数据输出接口均和FPGA的I/O相连接。FPGA的型号为XC7A100T-CSG324。

电源模块硬件设计原理图如4所示，锂电池组供电24V，通过隔离式直流-直流转换器输出12V电压，再经过一个三端稳压集成电路LM7805输出5V电压。如图5所示，通过一个DC-DC转换器（VI-JWB-IW）将24V电压进行升压，根据图6可知，电压HV为95V电压。

美国IR公司的IR2110芯片是一种双通道、栅极驱动、高压高速功率器件的单片式集成驱动模块。由于它具有体积小、成本低、集成度高、响应速度快、偏值电压高、驱动能力强等特点，兼有光耦隔离和电磁隔离的优点。故本模块采用该芯片作为H桥的驱动芯片，H桥驱动模块硬件设计原理图如图7所示。根据图7，二极管Q1、Q4和Q2、Q3交替打开，驱动芯片控制死区时间防止短路。

系统通过接收换能器对接收到的信号进行声-电转换、放大滤波、经过ADC进行模-数转换，将信号转换为数字信号，接着进行信号处理，再利用快速傅里叶变换（FFT——FastFourier Transform）实现信号的时频域转换，对FFT输出实部虚部和谱线地址进行鉴别，若是认为接收到的是特定频带内信号（5kHz-10kHz）并且幅度值也满足阈值判决条件，则信号处理模块将发射同频率的CW信号或者LFM信号。

本发明实现了一种高集成度、智能化、实时性强的的水声应答器电子设备，实现了收发换能器合置、应答水声信号声源级动态可调节、收发数据实时共享，实现了整个水声应答器一体化、智能化、多样化应用，改进了传统试验方法,提高了声纳设备检验、检测效率。选用FPGA作为水声应答器的处理器，利用FPGA的实时、并行化处理特点，对接收到的回波信号进行实时处理，对处理结果进行计算、分析，产生所对应的水声应答信号源，驱动功率放大电路，实现了对声纳装置的应答。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。