[发明专利]一种可规模化便捷组网且可同步采集的智能水听器

说明书

本发明涉及智能水听器技术领域，尤其涉及一种可规模化便捷组网且可同步采集的智能水听器，包括换能器、信号调理与数字化模块和核心处理模块；换能器用于接收水声信号；信号调理与数字化模块用于水声信号调理、模拟信号数字化转换，并通过高速连接器传输到核心处理模块；核心处理模块内置PTP协议栈、高精度同步算法及PTP透明转发功能，用PTP同步协议对组网使用的所有智能水听器采集节点进行对时，实现对水声信号的同步采集及处理。本发明采用PTP协议经由以太网实现智能水听器间时钟同步，可以达到纳秒级的同步精度，且同步精度不会随网络规模的扩大而变差。同时提高了系统的同步精度和扩展性，方便用户组成大规模同步水声测量和观测处理系统。

技术领域

本发明涉及智能水听器技术领域，尤其涉及一种可规模化便捷组网且可同步采集的智能水听器。

背景技术

智能水听器通过以太网接口可直接与水面上的上位机相连，从而形成一个完整的水声测量记录系统。由于一体化的设计减少了模拟信号的传输距离，因此在测量的过程中，可以明显减少信号失真、改善系统噪声，从而极大地提高系统动态范围。同时，该系统可以对采集到的数据进行实时处理，有效地减少了存储与传输的数据量。

目前市场上的智能水听器功能单一，测量精度低，动态范围小，关键参数无法灵活设置，也不具备同步的功能或者同步精度低不能满足阵列信号处理要求。用于阵列信号处理的水听器阵列普遍采用由一定数量的水听器按设定间隔排列，通过电缆连接后装入护套充油或充胶构成线列阵，该方式存在阵元间隔位置固定，无法更改，且深海阵列体积大、重量沉，海上布放回收作业难度大，一旦破损整阵损坏、维修难度大的缺点。为此，我们提出一种可规模化便捷组网且可同步采集的智能水听器。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种可规模化便捷组网且可同步采集的智能水听器，能将水声信号进行纳秒级高精度同步采集、处理，并高可靠有序传输或进行本地存储的一体化、网络化、智能化水听器，具有很高的应用价值，解决了现有智能水听器功能单一，测量精度低，动态范围小，关键参数无法灵活设置，也不具备同步的功能或者同步精度低不能满足阵列信号处理要求的问题。

本发明提供如下技术方案：一种可规模化便捷组网且可同步采集的智能水听器，包括换能器、信号调理与数字化模块和核心处理模块；

所述换能器用于接收水声信号；所述信号调理与数字化模块用于水声信号调理、模拟信号数字化转换，并通过高速连接器传输到核心处理模块；

所述核心处理模块内置PTP协议栈、高精度同步算法及PTP透明转发功能，用PTP同步协议对组网使用的所有智能水听器采集节点进行对时，实现对水声信号的同步采集及处理。

优选的，所述核心处理模块按照PTP协议规定的流程与外部主时钟进行频繁的PTP报文交换，通过算法计算出从时钟相对主时钟的时间漂移，然后对本地时钟进行校正，从而达到数字水听器与外部主时钟的同步。

优选的，所述从时钟根据多个报文的时间戳得到的本地晶振与主时钟晶振的频差，然后通过D/A对本地晶振的频率进行调节，从而达到主从时钟间的频率同步。

优选的，所述信号调理与数字化模块包括设置在换能器后端的模拟开关，所述模拟开关用于进行信号通路选择，采集微弱信号时，前置电路为放大电路，采集大信号时，前置电路切换为衰减电路。

优选的，所述信号调理与数字化模块包括可重构滤波电路，所述可重构滤波器用于对系统的工作频率与工作带宽进行实时调节。

优选的，所述可重构滤波器包括低噪声数字电位器与低噪声运算放大器，利用高通滤波与低通滤波级联的形式形成带通滤波的效果，并通过改变高通与低通滤波电路各自的截止频率实现工作频带的可重构。

优选的，所述信号调理与数字化模块包括可控增益放大电路，所述可控增益放大电路用于对信号的幅度进行进一步调节使其适应AD的最佳输入信号幅度范围。