專利名稱：被動(dòng)定向浮標(biāo)數(shù)字解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理與聲納浮標(biāo)的交叉領(lǐng)域，主要是一種被動(dòng)定向浮標(biāo)數(shù)字解 復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
被動(dòng)定向浮標(biāo)是一種海洋監(jiān)測(cè)儀器，它不僅可以監(jiān)聽海洋中的聲音，還可以確定聲音 的方向。它包含一個(gè)組合聲矢量傳感器和一個(gè)羅盤，浮標(biāo)電路把實(shí)際四路信號(hào)復(fù)合成一路 復(fù)合音頻信號(hào)通過無線電鏈路傳遞給接收機(jī)。在接收端對(duì)復(fù)合信號(hào)解復(fù)用，以供聲信號(hào)處 理機(jī)進(jìn)行波束形成、時(shí)頻分析等處理。正確解復(fù)用關(guān)系到對(duì)聲源的定向，所以解復(fù)用器是 浮標(biāo)系統(tǒng)中關(guān)鍵的一環(huán)。
先前的被動(dòng)定向浮標(biāo)接收機(jī)的解復(fù)用器是在模擬數(shù)字混合電路板上實(shí)現(xiàn)的，線路復(fù) 雜，可靠性差。為處理多枚浮標(biāo)，要相應(yīng)增加解復(fù)用器的數(shù)目，這樣浮標(biāo)處理機(jī)的體積逐 漸變的龐大。例如，美國專利4,979,694介紹的是一種采用模擬數(shù)字混合電路實(shí)現(xiàn)的被動(dòng) 定向浮標(biāo)解復(fù)用器。就是說在浮標(biāo)信號(hào)處理機(jī)前，還要多出一臺(tái)專門設(shè)備用于解復(fù)用處理， 這增加浮標(biāo)處理機(jī)的復(fù)雜性。其實(shí)，采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是一個(gè)更好的選擇，例如能顯 著降低了浮標(biāo)接收機(jī)的復(fù)雜性，提高可靠性等。
解復(fù)用的難點(diǎn)是對(duì)復(fù)合信號(hào)中已正交調(diào)制的偶極子信號(hào)的解調(diào)，解調(diào)時(shí)要求能精確鎖 定導(dǎo)相信號(hào)的頻率和相位。 一方面因?yàn)榕紭O子調(diào)制信號(hào)頻率下限很低，低至10Hz，已經(jīng)接 近零頻率。取用導(dǎo)相信號(hào)時(shí)，會(huì)受到調(diào)制信號(hào)低頻部分的干擾。在這種情況下，要求鎖相 環(huán)的帶寬要很窄；另一方面浮標(biāo)電路的晶振頻率有誤差且會(huì)發(fā)生漂移，導(dǎo)致15kHz載頻信 號(hào)頻率漂移。在這種情況下，又要求鎖相環(huán)的帶寬很寬。這兩個(gè)要求是矛盾的，采用普通 鎖相環(huán)無法兼顧這兩個(gè)方面。如果沒有解決辦法，那么浮標(biāo)就要采用精度非常高的晶振， 就大大增加了浮標(biāo)的成本。 一般浮標(biāo)是拋棄式的，設(shè)計(jì)原則就是要盡量降低它的成本，才 能夠大批量使用。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種特殊的軟件導(dǎo)頻鎖相環(huán)解決上述矛盾，允許浮標(biāo)采用廉 價(jià)晶振，從而降低了浮標(biāo)的原材料成本。
解復(fù)用器要具有使用價(jià)值，還要提供解復(fù)用器的狀態(tài)信息，即解復(fù)用器中的鎖相環(huán)有 沒有失鎖。如果失鎖，那么后面的處理結(jié)果就是無效的。本發(fā)明提供了一個(gè)評(píng)價(jià)輸出信息 是否可用的方法。美國專利4,979,694 (Gibert R.Grado. Difar demultiplexer circuit[P]. United States Patent Number:4,879,694Nov. 7， 1989)介紹了一個(gè)局部的，具體的解復(fù)用器電路，但無法形成一 個(gè)清晰的解復(fù)用的原理。雖然本發(fā)明參考了這個(gè)專利，從中了解到復(fù)合信號(hào)的形式，但解 復(fù)用的原理是獨(dú)立推導(dǎo)的，新設(shè)計(jì)的解復(fù)用器在結(jié)構(gòu)上不同于上面專利，實(shí)現(xiàn)方法是新穎 的，采用數(shù)字信號(hào)處理手段、軟件導(dǎo)頻鎖相環(huán)、鎖定評(píng)價(jià)等創(chuàng)新手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種被動(dòng)定向浮標(biāo)數(shù)字解復(fù)用器的 實(shí)現(xiàn)方法，它用在基于聲矢量傳感器的主被動(dòng)定向浮標(biāo)系統(tǒng)中的信號(hào)傳輸子系統(tǒng)中。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是提出以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的這種被動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù) 用器的實(shí)現(xiàn)方法，該數(shù)字信號(hào)處理方法步驟如下
(1) 、采用數(shù)字解復(fù)用器，包括預(yù)濾波模塊、正交解調(diào)模塊、數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)模塊、 鎖相環(huán)鎖定判斷模塊、輸出低通濾波抽取模塊五個(gè)模塊；輸入是經(jīng)A/D采樣被數(shù)字離散化
的被動(dòng)定向浮標(biāo)復(fù)合信號(hào)，輸出是數(shù)字離散化的全向信號(hào)、東西信號(hào)、北南信號(hào)、鎖定評(píng)
價(jià)信號(hào)；它在數(shù)字信號(hào)處理板上實(shí)現(xiàn)，它的輸入端連接A/D數(shù)據(jù)采集卡或者數(shù)字無線電接 收機(jī)等數(shù)字設(shè)備，它的輸出端連接浮標(biāo)信號(hào)處理機(jī)，或者它本身就是浮標(biāo)信號(hào)處理機(jī)的一 部分。
(2) 、預(yù)濾波模塊從被動(dòng)定向浮標(biāo)復(fù)合信號(hào)中濾波分離出全向信號(hào)、偶極子正交調(diào)制 信號(hào)、導(dǎo)頻信號(hào)；
(4) 、數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)模塊跟蹤鎖定導(dǎo)頻信號(hào)的頻率，進(jìn)而跟蹤鎖定導(dǎo)相信號(hào)的相位， 提供給正交解調(diào)器同頻同相的正弦和余弦信號(hào)；
(5) 、正交解調(diào)模塊對(duì)被正交調(diào)制的偶極子信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，利用數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)模塊 捕獲導(dǎo)相信號(hào)來解調(diào)偶極子信號(hào)，獲得東西信號(hào)和北南信號(hào)；
(6) 、通過輸出低通濾波抽取模塊進(jìn)一步低通濾波，輸出全向信號(hào)、東西信號(hào)、北南
信號(hào)；
(7) 、通過鎖相環(huán)鎖定判斷模塊判斷輸出結(jié)果是否有效。
作為優(yōu)選，所述的全向信號(hào)是取自浮標(biāo)中全向水聽器的具有全向特性的信號(hào)；東西信 號(hào)是取自矢量傳感器與羅盤方位形成的具有東西方向偶極子特性的信號(hào)；北南信號(hào)是取自矢量傳感器與羅盤方位形成的具有北南方向偶極子特性的信號(hào)。
作為優(yōu)選，所述預(yù)濾波模塊采用三個(gè)數(shù)字無限響應(yīng)數(shù)字濾波器， 一個(gè)是低通濾波器， 用于濾出全向信號(hào)；其他兩個(gè)為帶通濾波器，兩個(gè)帶通濾波器帶寬頻帶不同， 一個(gè)中心頻 率7.5k的帶通濾波器用于濾出導(dǎo)頻信號(hào)， 一個(gè)中心頻率15k的帶通濾波器用于濾出調(diào)制偶 極子信號(hào)。
作為優(yōu)選，正交解調(diào)模塊是它的組成包括兩路解調(diào)，兩路解調(diào)分別含一個(gè)乘法器和一 個(gè)來自導(dǎo)頻鎖相環(huán)的單頻信號(hào)，兩路的單頻信號(hào)是正交的，即相位相差卯度。
作為優(yōu)選，所述的輸出低通濾波抽取模塊包括三個(gè)有限響應(yīng)數(shù)字濾波器，均為低通濾 波器，全向通道、余弦通道、正弦通道最后都進(jìn)行低通濾波抽取，去除高頻分量，降低采 樣率，分別輸出全向信號(hào)、北南信號(hào)和東西信號(hào)。
作為優(yōu)選，鎖相環(huán)鎖定判斷模塊包括兩個(gè)的數(shù)字無限響應(yīng)濾波器和一個(gè)比較器，輸入 是正交解調(diào)模塊的兩路輸出，即余弦通道解調(diào)輸出和正弦通道解調(diào)輸出，鎖相環(huán)鎖定判斷 模塊先對(duì)兩路輸入進(jìn)行數(shù)字IIR低通濾波，然后降采樣，最后比較兩路輸出絕對(duì)值大小， 這兩路輸出絕對(duì)值依然分別稱為余弦通道輸出和正弦通道輸出，判斷準(zhǔn)則為當(dāng)佘弦通道 輸出大于正弦通道輸出，則判斷解復(fù)用器處理結(jié)果有效，否則判斷為無效。
作優(yōu)選，數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)模塊包括一個(gè)相位環(huán)路和一個(gè)頻率環(huán)路，各含一個(gè)環(huán)路濾 波器，共用一個(gè)數(shù)字控制振蕩器，頻率環(huán)路跟隨導(dǎo)頻信號(hào)，待鎖定導(dǎo)頻信號(hào)后，相位環(huán)路 開始跟隨導(dǎo)相信號(hào)的相位，最終鎖定導(dǎo)相信號(hào)的相位。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明提出一種被動(dòng)定向浮標(biāo)解復(fù)用器的工作原理，提出一種對(duì) 調(diào)制偶極子信號(hào)數(shù)字正交解調(diào)的方法，提出一種解復(fù)用器的數(shù)字信號(hào)處理算法，可以在通 用信號(hào)處理機(jī)上軟件實(shí)現(xiàn)解復(fù)用。這樣就降低了浮標(biāo)接收機(jī)的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)， 消除了模擬元器件帶來的影響，能夠保證了兩路偶極子對(duì)稱通道的平衡，提高可靠性、定 向精度。提出一種軟件導(dǎo)頻鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)，解決了偶極子信號(hào)解調(diào)過程中頻率相位精確跟 蹤的問題。使浮標(biāo)端復(fù)用電路可以采用精度不高的廉價(jià)晶振，從而降低了單枚浮標(biāo)的原材 料成本。本發(fā)明提出一種評(píng)價(jià)導(dǎo)頻鎖相環(huán)鎖定情況的方法。


圖1是顯示定向浮標(biāo)自身坐標(biāo)與地理坐標(biāo)之間的關(guān)系； 圖2是復(fù)合信號(hào)的頻譜組成；圖3是數(shù)字解復(fù)用器的組成框圖； 圖4是數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)方框圖； 圖5是數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)的Z域模型。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步說明.-
本發(fā)明用于對(duì)被動(dòng)定向浮標(biāo)輸出的復(fù)合信號(hào)進(jìn)行處理。在介紹解復(fù)用器具體實(shí)施方案 之前，需先了解被動(dòng)定向浮標(biāo)及其復(fù)合信號(hào)的知識(shí)。被動(dòng)定向聲納浮標(biāo)(DIFAR)包含的 組合矢量傳感器，是由一個(gè)全向聲壓水聽器、兩個(gè)互相正交的偶極子聲振速傳感器組成的。 由于浮標(biāo)在水中的方向是隨機(jī)的，因此它還包含一個(gè)羅盤用來感知自身的方向。浮標(biāo)在水 中還會(huì)產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，需要羅盤對(duì)傳感器檢測(cè)的目標(biāo)方位進(jìn)行糾正。遵循定向浮標(biāo)的格式，從 矢量傳感器的頂部看，兩個(gè)偶極子傳感器分別順著傳感器的X軸方向和Y軸方向。浮標(biāo)的 Y軸沿順時(shí)針方向與地磁北極的夾角標(biāo)記為、目標(biāo)方向沿順時(shí)針方向與浮標(biāo)Y軸的夾角
標(biāo)記為S。羅盤測(cè)得-角度，- + ^就是目標(biāo)相對(duì)地磁北極的方位。定義Y軸水聽器接收的
信號(hào)為余弦通道信號(hào)或者Y通道信號(hào)，X軸水聽器接收的信息為正弦通道信號(hào)或者X通道 信號(hào)。全向水聽器接收的信息為全向信號(hào)，如圖1所示。被動(dòng)定向浮標(biāo)將四組信息——一 路全向信號(hào)、 一路X軸偶極子信號(hào)、 一路Y軸偶極子信號(hào)、 一路羅盤信號(hào)——復(fù)合成一路 復(fù)合信號(hào)。復(fù)合信號(hào)占用的頻帶很窄，在頻帶上屬于音頻信號(hào)，它的頻譜如圖2。復(fù)合信 號(hào)包含全向信號(hào)，正交調(diào)制后的兩路偶極子信號(hào)， 一路15kHz導(dǎo)相信號(hào)和一路7.5kHz導(dǎo) 頻信號(hào)。這就是復(fù)合信號(hào)的組成。了解以上知識(shí)后開始介紹解復(fù)用器的具體實(shí)施方案。
本發(fā)明在結(jié)構(gòu)上分為五大模塊。分別是預(yù)濾波模塊、正交解調(diào)模塊、數(shù)字導(dǎo)頻鎖相 環(huán)模塊、鎖相環(huán)鎖定判斷模塊、輸出低通濾波抽取模塊。 1、預(yù)濾波模塊
浮標(biāo)接收機(jī)獲得復(fù)合信號(hào)后，首先需要解復(fù)用器進(jìn)行解復(fù)用，解復(fù)用器首先一歩處理 就是分離出全向信號(hào)、正交調(diào)制的偶極子信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)。本發(fā)明采用了三個(gè)數(shù)字IIR(無 限響應(yīng)濾波器)來完成。 一個(gè)是低通濾波器，濾出全向信號(hào)；另外兩帶通濾波器帶寬頻帶 不同， 一個(gè)中心頻率7.5k的帶通濾波器濾出導(dǎo)頻信號(hào)， 一個(gè)中心頻率15k的帶通濾波器濾 出調(diào)制偶極子信號(hào)。如圖3。2、 數(shù)字正交解調(diào)模塊
兩路偶極子信號(hào)被正交調(diào)制在15kHz的載波上，在頻譜上對(duì)稱分布在15kHz的導(dǎo)相信 號(hào)左右。導(dǎo)相信號(hào)相位是與羅盤角度成比例的，需要數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)捕獲導(dǎo)相信號(hào)來解調(diào) 兩路偶極子，獲得EW(東-西向)信號(hào)和NS(北-南向)信號(hào)。
正交解調(diào)過程用算式表述如下
設(shè)Y軸向傳感器接收到的信號(hào)為Y=Jcos^ X軸傳感器接收到的信號(hào)為X^^^sir^，
復(fù)合信號(hào)經(jīng)帶通濾波后的信號(hào)為
S = 7 cos(< /) - X sin(o/") + sin— -
------------(O
這里假設(shè)初始相位為0度。
導(dǎo)頻鎖相環(huán)鎖定導(dǎo)相信號(hào)sin(^ —^，送出正交的兩個(gè)信號(hào)余弦通道解調(diào)信號(hào) cx)s(M -^和正弦通道解調(diào)信號(hào)- sin(紐-^ 。
余弦通道解調(diào)過程如下
S * cos(紐- -) = y (cos(6") * cos(2紐- - sin(6") * sin(2w - + cos((9 +州+ sin(2紐-2^) ------------(2)
—cos(6^ +力 經(jīng)過低通濾波器后，只剩下2 項(xiàng)；
正弦通道解調(diào)過程如下
5* * [- si咖/ -州=y (- cos(61) * sin(2紐-- sin(6") * cos(2W - + sin((9 +州+ cos(2紐- 2^) -1
--------------(3)
經(jīng)過低通濾波器后，只剩下*sin(e + -)-1項(xiàng)。
在這個(gè)解調(diào)過程中，羅盤信息已經(jīng)融合到EW和NS信號(hào)中。進(jìn)一歩信號(hào)處理，例如 互譜法或者空間匹配濾波法等，可以求出^ + (獲得目標(biāo)在地磁坐標(biāo)中的絕對(duì)方位。
3、 數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)模塊
數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)的作用是捕捉導(dǎo)相信號(hào)的相位。數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)由下列部件組成一
個(gè)軟件頻率檢測(cè)器、環(huán)路濾波器I、 一個(gè)數(shù)字控制振蕩器(DCO， Digital Contorl Oscillon)、一個(gè)軟件相位檢測(cè)器、環(huán)路濾波器II、 一個(gè)倍頻器，如圖4。環(huán)路濾波器I要比環(huán)路濾波 器II的帶寬寬的多。這個(gè)鎖相環(huán)可以看作是兩個(gè)環(huán)路 一個(gè)相位環(huán)路和一個(gè)頻率環(huán)路。頻 率環(huán)路作用是鎖定導(dǎo)頻信號(hào)，相位環(huán)路的作用是鎖定導(dǎo)相環(huán)路。由于頻率環(huán)路的噪聲帶寬 比相位環(huán)路寬的多，鎖定過程有固定的順序頻率環(huán)路先于相位環(huán)路到達(dá)鎖定狀態(tài)，隨后 相位環(huán)路鎖住導(dǎo)相信號(hào)。導(dǎo)頻鎖相環(huán)的Z域模型如圖5。
導(dǎo)頻鎖相環(huán)實(shí)質(zhì)是一個(gè)反饋控制系統(tǒng)，把導(dǎo)頻信號(hào)與導(dǎo)相信號(hào)的相位分別作為兩個(gè)參 考信號(hào)，同步DCO產(chǎn)生的相位信號(hào)。同步分兩個(gè)階段第一階段，導(dǎo)頻信號(hào)的相位變化
和DCO輸出相位信號(hào)的變化相同，導(dǎo)頻環(huán)路鎖定，第二階段，導(dǎo)相信號(hào)的相位變化和DCO
輸出相位信號(hào)保持兩倍的關(guān)系，此時(shí)不僅導(dǎo)頻環(huán)路鎖定，導(dǎo)相環(huán)路也達(dá)到鎖定。當(dāng)導(dǎo)頻信 號(hào)的頻率或者導(dǎo)相信號(hào)的相位發(fā)生變化時(shí)，上述穩(wěn)定相位關(guān)系產(chǎn)生誤差，都會(huì)有反饋機(jī)制
作用于DCO，盡量減小誤差，保持鎖定。因?yàn)橛性肼?，相位誤差始終存在的，鎖相環(huán)有抗 噪的作用。
下面描述導(dǎo)頻鎖相環(huán)同歩導(dǎo)相信號(hào)相位的具體實(shí)現(xiàn)從預(yù)濾波模塊輸出的導(dǎo)頻信號(hào)送
給軟件頻率檢測(cè)器，軟件頻率檢測(cè)器的另一路輸入是數(shù)字控制振蕩器輸出初始頻率為
7.5kHz的參考信號(hào)。導(dǎo)頻信號(hào)的實(shí)際頻率與7.5kHz有一點(diǎn)偏差。頻率檢測(cè)器是一個(gè)乘法 器，頻率檢測(cè)器輸出直流信號(hào)、高頻次信號(hào)以及寬帶噪聲。環(huán)路濾波器I是一個(gè)低通濾波 器，它的作用就是盡量濾除高頻次和信號(hào)和部分噪聲，讓直流信號(hào)通過。環(huán)路濾波器I的 輸出與環(huán)路濾波器II的輸出相加在一起，作用于DCO。 DCO的輸出是相位和一個(gè)參考信 號(hào)。環(huán)路濾波器I和II的和信號(hào)控制DCO輸出的相位值和信號(hào)的頻率。其中DCO輸出參
考信號(hào)的頻率與輸入值"/W的關(guān)系為 = 2對(duì)叫+ Ko"/. (")] /厶 其中為采樣頻率，w。是DCO的中心頻率7500Hz，尤。是DCO的增益。
可見DCO的輸入如果是正值就DCO的輸出參考信號(hào)頻率超過7.5kHz，如果是負(fù)值則
DCO的輸出參考信號(hào)頻率低于7.5kHz。
設(shè)&"http://;時(shí)刻，DCO輸出相位信號(hào)為^(")， , = (" + 1)/,時(shí)亥1』，DCO輸出相位為
%(" +1) ， DCO輸出相位與輸入值",(")的關(guān)系為
% (" +1) = % (")十[,+ a:。w, ( )]//、■把相位轉(zhuǎn)換為參考信號(hào)輸出 = sin(p2 ("))
鑒頻器、環(huán)路濾波器I、 DCO構(gòu)成一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。在初始階段，導(dǎo)頻信號(hào)和參考 信號(hào)在鑒頻器相乘，結(jié)果正數(shù)或者負(fù)數(shù)，正數(shù)控制DCO輸出參考信號(hào)頻率加大，負(fù)數(shù)控 制DCO輸出參考信號(hào)頻率降低，因此參考信號(hào)的頻率變大或者變小，經(jīng)過一個(gè)動(dòng)態(tài)變化 的過程，最后參考信號(hào)的頻率穩(wěn)定下來。達(dá)到穩(wěn)定后，參考信號(hào)的頻率與導(dǎo)頻信號(hào)一致， 鑒頻器輸出直流信號(hào)和高頻次信號(hào)和噪聲，其中直流信號(hào)的大小與導(dǎo)頻信號(hào)與7.5kHz的差 成正比。經(jīng)過環(huán)路濾波器I低通濾波器后，這個(gè)直流信號(hào)通過DCO控制參考信號(hào)的頻率， 使參考信號(hào)跟隨導(dǎo)頻信號(hào)的變化。
當(dāng)導(dǎo)頻環(huán)路穩(wěn)定后，導(dǎo)相環(huán)路也進(jìn)入初始化階段。
正交解調(diào)模塊中余弦通道、環(huán)路濾波器II、 DCO構(gòu)成導(dǎo)相環(huán)路，是另一個(gè)反饋控制的 鎖相環(huán)。余弦通道解調(diào)信號(hào)既是解調(diào)信號(hào)又是相位參考信號(hào)。解調(diào)是乘法運(yùn)算，導(dǎo)相信號(hào) 和參考信號(hào)的相位差信號(hào)通過環(huán)路濾波器II調(diào)節(jié)DCO，使DCO輸出的相位發(fā)生變化，這 個(gè)相位被乘2倍后形成相位參考信號(hào)。通過這樣的反饋調(diào)節(jié)，最終使參考信號(hào)和導(dǎo)相信號(hào) 的相位差為零，即鎖定導(dǎo)相信號(hào)。
4、 鎖相環(huán)鎖定判斷模塊 鎖定判斷模塊的輸入是正交解調(diào)模塊的兩路輸出，即余弦通道解調(diào)輸出和正弦通道解
調(diào)輸出。如圖3，鎖定判斷模塊先對(duì)兩路輸入進(jìn)行數(shù)字IIR低通濾波，然后降采樣，最后 比較兩路輸出絕對(duì)值大小。這兩路輸出絕對(duì)值依然分別稱為余弦通道輸出和正弦通道輸 出。判斷準(zhǔn)則為當(dāng)余弦通道輸出大于正弦通道輸出，則判斷解復(fù)用器處理結(jié)果有效，否 則判斷為無效。
5、 輸出低通濾波抽取模塊 輸出低通濾波抽取模塊采用三個(gè)同樣的數(shù)字FIR低通濾波器。全向通道、余弦通道、
正弦通道最后都進(jìn)行低通濾波抽取，去除高頻分量，降低采樣率，分別輸出全向信號(hào)、北 南信號(hào)和東西信號(hào)。
以上對(duì)本發(fā)明的描述不具有限制性，如果本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員受其啟示，在不脫離 本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)的情況，作出本發(fā)明的其它結(jié)構(gòu)變形和實(shí)施方式，均屬于本發(fā)明的 保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種被動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于該數(shù)字信號(hào)處理方法步驟如下(1)、采用數(shù)字解復(fù)用器，包括預(yù)濾波模塊、正交解調(diào)模塊、數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)模塊、鎖相環(huán)鎖定判斷模塊、輸出低通濾波抽取模塊五個(gè)模塊；輸入是經(jīng)A/D采樣被數(shù)字離散化的被動(dòng)定向浮標(biāo)復(fù)合信號(hào)，輸出是數(shù)字離散化的全向信號(hào)、東西信號(hào)、北南信號(hào)、鎖定評(píng)價(jià)信號(hào)；(2)、預(yù)濾波模塊從被動(dòng)定向浮標(biāo)復(fù)合信號(hào)中濾波分離出全向信號(hào)、偶極子正交調(diào)制信號(hào)、導(dǎo)頻信號(hào)；(4)、數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)模塊跟蹤鎖定導(dǎo)頻信號(hào)的頻率，進(jìn)而跟蹤鎖定導(dǎo)相信號(hào)的相位，提供給正交解調(diào)器同頻同相的正弦和余弦信號(hào)；(5)、正交解調(diào)模塊對(duì)被正交調(diào)制的偶極子信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，利用數(shù)字導(dǎo)頻鎖相環(huán)模塊捕獲導(dǎo)相信號(hào)來解調(diào)偶極子信號(hào)，獲得東西信號(hào)和北南信號(hào)；(6)、通過輸出低通濾波抽取模塊進(jìn)一步低通濾波，輸出全向信號(hào)、東西信號(hào)、北南信號(hào)；(7)、通過鎖相環(huán)鎖定判斷模塊判斷輸出結(jié)果是否有效。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述的 全向信號(hào)是取自浮標(biāo)中全向水聽器的具有全向特性的信號(hào)；東西信號(hào)是取自矢量傳感器與 羅盤方位形成的具有東西方向偶極子特性的信號(hào)；北南信號(hào)是取自矢量傳感器與羅盤方位 形成的具有北南方向偶極子特性的信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述預(yù) 濾波模塊采用三個(gè)數(shù)字無限響應(yīng)數(shù)字濾波器， 一個(gè)是低通濾波器，用于濾出全向信號(hào)；其 他兩個(gè)為帶通濾波器，兩個(gè)帶通濾波器帶寬頻帶不同， 一個(gè)中心頻率7.5k的帶通濾波器用 于濾出導(dǎo)頻信號(hào)， 一個(gè)中心頻率15k的帶通濾波器用于濾出調(diào)制偶極子信號(hào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于正交解 調(diào)模塊是它的組成包括兩路解調(diào)，兩路解調(diào)分別含一個(gè)乘法器和一個(gè)來自導(dǎo)頻鎖相環(huán)的單 頻信號(hào)，兩路的單頻信號(hào)是正交的，即相位相差90度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述的 輸出低通濾波抽取模塊包括三個(gè)有限響應(yīng)數(shù)字濾波器，均為低通濾波器，全向通道、余弦 通道、正弦通道最后都進(jìn)行低通濾波抽取，去除高頻分量，降低采樣率，分別輸出全向信 號(hào)、北南信號(hào)和東西信號(hào)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于鎖相環(huán) 鎖定判斷模塊包括兩個(gè)的數(shù)字無限響應(yīng)濾波器和一個(gè)比較器，輸入是正交解調(diào)模塊的兩路 輸出，即余弦通道解調(diào)輸出和正弦通道解調(diào)輸出，鎖相環(huán)鎖定判斷模塊先對(duì)兩路輸入進(jìn)行 數(shù)字IIR低通濾波，然后降采樣，最后比較兩路輸出絕對(duì)值大小，這兩路輸出絕對(duì)值依然 分別稱為余弦通道輸出和正弦通道輸出，判斷準(zhǔn)則為當(dāng)余弦通道輸出大于正弦通道輸出， 則判斷解復(fù)用器處理結(jié)果有效，否則判斷為無效。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于數(shù)字導(dǎo) 頻鎖相環(huán)模塊包括一個(gè)相位環(huán)路和一個(gè)頻率環(huán)路，各含一個(gè)環(huán)路濾波器，共用一個(gè)數(shù)字控 制振蕩器，頻率環(huán)路跟隨導(dǎo)頻信號(hào)，待鎖定導(dǎo)頻信號(hào)后，相位環(huán)路開始跟隨導(dǎo)相信號(hào)的相 位，最終鎖定導(dǎo)相信號(hào)的相位。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種被動(dòng)定向浮標(biāo)的解復(fù)用器的實(shí)現(xiàn)方法，它的輸入是經(jīng)A/D采樣被數(shù)字離散化的被動(dòng)定向浮標(biāo)復(fù)合信號(hào)，輸出是數(shù)字離散化的全向信號(hào)、東西信號(hào)、北南信號(hào)、鎖定狀態(tài)信號(hào)。首先對(duì)復(fù)合信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，分離出全向信號(hào)、偶極子正交調(diào)制信號(hào)、導(dǎo)頻信號(hào)；其中導(dǎo)頻鎖相環(huán)跟蹤鎖定導(dǎo)頻信號(hào)的頻率，進(jìn)而跟蹤鎖定導(dǎo)相信號(hào)的相位，提供同頻同相的正弦和余弦信號(hào)，對(duì)被正交調(diào)制的偶極子信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；進(jìn)一步低通濾波，輸出全向信號(hào)、東西信號(hào)、北南信號(hào)；鎖定判斷模塊給出輸出值是否有效的信息。本發(fā)明有益的效果降低了浮標(biāo)接收機(jī)的復(fù)雜性，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，消除了模擬元器件帶來的影響，能夠保證了兩路偶極子對(duì)稱通道的平衡，提高可靠性、定向精度。
文檔編號(hào)H04J11/00GK101605115SQ20091010059
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者凌震瑩, 洪 孟, 森 王, 趙海潮, 陳立新, 馬曉民 申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所