[发明专利]被动定向浮标数字解复用器的实现方法

说明书

所属技术领域

本发明属于数字信号处理与声纳浮标的交叉领域，主要是一种被动定向浮标数字解 复用器的实现方法。

背景技术

被动定向浮标是一种海洋监测仪器，它不仅可以监听海洋中的声音，还可以确定声音 的方向。它包含一个组合声矢量传感器和一个罗盘，浮标电路把实际四路信号复合成一路 复合音频信号通过无线电链路传递给接收机。在接收端对复合信号解复用，以供声信号处 理机进行波束形成、时频分析等处理。正确解复用关系到对声源的定向，所以解复用器是 浮标系统中关键的一环。

先前的被动定向浮标接收机的解复用器是在模拟数字混合电路板上实现的，线路复 杂，可靠性差。为处理多枚浮标，要相应增加解复用器的数目，这样浮标处理机的体积逐 渐变的庞大。例如，美国专利4,979,694介绍的是一种采用模拟数字混合电路实现的被动 定向浮标解复用器。就是说在浮标信号处理机前，还要多出一台专门设备用于解复用处理， 这增加浮标处理机的复杂性。其实，采用数字信号处理技术是一个更好的选择，例如能显 著降低了浮标接收机的复杂性，提高可靠性等。

解复用的难点是对复合信号中已正交调制的偶极子信号的解调，解调时要求能精确锁 定导相信号的频率和相位。一方面因为偶极子调制信号频率下限很低，低至10Hz，已经接 近零频率。取用导相信号时，会受到调制信号低频部分的干扰。在这种情况下，要求锁相 环的带宽要很窄；另一方面浮标电路的晶振频率有误差且会发生漂移，导致15kHz载频信 号频率漂移。在这种情况下，又要求锁相环的带宽很宽。这两个要求是矛盾的，采用普通 锁相环无法兼顾这两个方面。如果没有解决办法，那么浮标就要采用精度非常高的晶振， 就大大增加了浮标的成本。一般浮标是抛弃式的，设计原则就是要尽量降低它的成本，才 能够大批量使用。本发明设计一种特殊的软件导频锁相环解决上述矛盾，允许浮标采用廉 价晶振，从而降低了浮标的原材料成本。

解复用器要具有使用价值，还要提供解复用器的状态信息，即解复用器中的锁相环有 没有失锁。如果失锁，那么后面的处理结果就是无效的。本发明提供了一个评价输出信息 是否可用的方法。

美国专利4,979,694(Gibert R.Grado.Difar demultiplexer circuit[P].United States Patent Number：4,879,694 Nov.7，1989)介绍了一个局部的，具体的解复用器电路，但无法形成一 个清晰的解复用的原理。虽然本发明参考了这个专利，从中了解到复合信号的形式，但解 复用的原理是独立推导的，新设计的解复用器在结构上不同于上面专利，实现方法是新颖 的，采用数字信号处理手段、软件导频锁相环、锁定评价等创新手段。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种被动定向浮标数字解复用器的 实现方法，它用在基于声矢量传感器的主被动定向浮标系统中的信号传输子系统中。

为解决上述技术问题，本发明是提出以下技术方案实现的：这种被动定向浮标的解复 用器的实现方法，该数字信号处理方法步骤如下：

(1)、采用数字解复用器，包括预滤波模块、正交解调模块、数字导频锁相环模块、 锁相环锁定判断模块、输出低通滤波抽取模块五个模块；输入是经A/D采样被数字离散化 的被动定向浮标复合信号，输出是数字离散化的全向信号、东西信号、北南信号、锁定评 价信号；它在数字信号处理板上实现，它的输入端连接A/D数据采集卡或者数字无线电接 收机等数字设备，它的输出端连接浮标信号处理机，或者它本身就是浮标信号处理机的一 部分。

(2)、预滤波模块从被动定向浮标复合信号中滤波分离出全向信号、偶极子正交调制 信号、导频信号；

(4)、数字导频锁相环模块跟踪锁定导频信号的频率，进而跟踪锁定导相信号的相位， 提供给正交解调器同频同相的正弦和余弦信号；

(5)、正交解调模块对被正交调制的偶极子信号进行解调，利用数字导频锁相环模块 捕获导相信号来解调偶极子信号，获得东西信号和北南信号；

(6)、通过输出低通滤波抽取模块进一步低通滤波，输出全向信号、东西信号、北南 信号；

(7)、通过锁相环锁定判断模块判断输出结果是否有效。