本發(fā)明涉及一種認(rèn)知水聲通信中的寬頻2ASK信號(hào)產(chǎn)生電路，屬于通信電子電路領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在水聲通信系統(tǒng)中,由于吸收、散射、反射、幾何擴(kuò)展等因素的作用,高頻聲波在水中的傳播衰減非常大。研究表明,頻率的變化與其聲強(qiáng)的幅度衰減系數(shù)成指數(shù)關(guān)系。當(dāng)發(fā)射的頻率越高、傳輸距離越遠(yuǎn)時(shí),則接收到的信號(hào)幅度也越小。水聲通信的可利用頻帶非常有限，通常的水聲通信頻帶覆蓋低頻段 0～15kHz,中頻段 15～150kHz,高頻段 150～1500kHz,作用距離l～10km的系統(tǒng)通常使用上限 10～100KHz 的頻率,這時(shí)系統(tǒng)多工作于淺海。遠(yuǎn)距離通信的首選頻段是 0～20kHz。此外，由于聲波在水中的傳播速度約為 1500米/秒,僅為電磁波在空氣中傳播速度的二十萬分之一,因此與陸地通信相比,水下的傳播時(shí)延非常大。隨著水聲通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,人們對(duì)水下通信的需求日益增加,有限的通信頻帶必然會(huì)帶來頻譜資源緊張的問題。因此,如何合理分配水下的頻譜資源、提高頻譜利用率,就成為提高水聲通信性能的關(guān)鍵問題。

認(rèn)知無線電技術(shù)是近年來陸上無線通信研究中提出的一種智能通信新技術(shù)。它以動(dòng)態(tài)頻譜接入方式，使非授權(quán)頻帶用戶（也稱次用戶）與授權(quán)頻帶用戶（也稱主用戶）共享頻譜資源，從而提高了頻譜的利用率。認(rèn)知通信的基本思想是讓無線終端通過感知周圍無線環(huán)境的歷史和當(dāng)前狀況來調(diào)整自己的傳輸參數(shù),使用最合適的無線資源(包括頻率、調(diào)制方式、發(fā)射功率等)來完成無線傳輸,主要涉及頻譜感知技術(shù)和頻譜分析、決定、分配及移動(dòng)等頻譜資源管理等技術(shù)。由于認(rèn)知無線電的思想能讓無線終端高效地利用頻譜資源、適應(yīng)多變的無線環(huán)境,因此在頻帶有限、環(huán)境復(fù)雜的水下通信,特別是多用戶、高速率的水下通信中具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

水聲信號(hào)發(fā)生器是認(rèn)知水聲通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備之一。作為實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜接入的基礎(chǔ)，其需要在一千至幾百千赫茲的寬頻帶內(nèi)輸出水聲信號(hào)。但是目前市面上的水聲設(shè)備普遍存在價(jià)格昂貴，產(chǎn)生信號(hào)頻段窄的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有目前市面上的水聲設(shè)備普遍存在價(jià)格昂貴，產(chǎn)生信號(hào)帶寬窄的問題，本發(fā)明提供了一種用于認(rèn)知水聲通信的寬頻2ASK信號(hào)產(chǎn)生電路。

為了解決上述問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：認(rèn)知水聲通信中的寬頻2ASK信號(hào)產(chǎn)生電路，其特征在于，包括：

用于處理采樣電壓并產(chǎn)生頻率控制電壓的核心處理器；

與核心處理器連接的壓控振蕩電路；

與壓控振蕩電路連接微分電路；

與微分電路相連接，用于產(chǎn)生同步信號(hào)的非門整形電路；

與非門整形電路連接的驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路；

與驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路相連接，用于放大水聲信號(hào)的功放電路；

與功放電路連接的匹配電路；

與匹配電路相連接，用于發(fā)射水聲信號(hào)的水聲換能器。

進(jìn)一步的技術(shù)方案為：

所述匹配電路通過電流互感器與電壓采樣電阻，向核心處理器發(fā)送水聲換能器端的實(shí)時(shí)電流電壓波形。

所述非門整形電路由兩個(gè)反相器并聯(lián)而成，反相器輸入端接上拉電阻至電源，該電路將微分后的正負(fù)脈沖波信號(hào)補(bǔ)償、翻轉(zhuǎn)為占空比小于10%的正脈沖波形，作為同步信號(hào)。

所述壓控振蕩器電路由芯片R1、R2端和C1A、C1B端外接的振蕩電阻與電容充放電來產(chǎn)生基礎(chǔ)方波信號(hào)，再由芯片F(xiàn)req Control端輸入的電壓值來控制方波信號(hào)的頻率偏移。

所述水聲換能器為壓電型換能器，諧振頻率至少為1kHz, 至多為200kHz。

所述核心處理器采用單片機(jī)MSP430F149芯片，使用3.3V直流電壓供電。

所述反相器采用74HC04芯片。

本發(fā)明的有益效果是：使用壓控振蕩和模擬信號(hào)處理技術(shù)，在不改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)能力的情況下，通過調(diào)整同步信號(hào)頻率來實(shí)現(xiàn)水聲2ASK信號(hào)在較寬頻帶內(nèi)的變頻，為認(rèn)知水聲通信系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)提供了硬件基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明認(rèn)知水聲通信中的寬頻2ASK信號(hào)產(chǎn)生電路結(jié)構(gòu)框圖。

圖2為壓控振蕩、微分、非門整形和驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路圖。

圖3為寬頻2ASK信號(hào)產(chǎn)生各階段的實(shí)測波形圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，認(rèn)知水聲通信中的寬頻2ASK信號(hào)產(chǎn)生電路包括核心處理器、壓控振蕩電路、微分電路、非門整形電路、驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路、功放電路、匹配電路、水聲換能器。

核心處理器用于處理采樣電壓并產(chǎn)生頻率控制電壓；壓控振蕩電路與核心處理器連接；微分電路與壓控振蕩電路連接；非門整形電路與微分電路相連接，用于產(chǎn)生同步信號(hào)；驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路與非門整形電路連接；功放電路與驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路相連接，用于放大水聲信號(hào)；匹配電路與功放電路連接；水聲換能器與匹配電路相連接，用于發(fā)射水聲信號(hào)。所述匹配電路通過電流互感器與電壓采樣電阻，向核心處理器發(fā)送水聲換能器端的實(shí)時(shí)電流電壓波形。所述非門整形電路由兩個(gè)反相器并聯(lián)而成，反相器輸入端接上拉電阻至電源，該電路將微分后的正負(fù)脈沖波信號(hào)補(bǔ)償、翻轉(zhuǎn)為占空比小于10%的正脈沖波形，作為同步信號(hào)。所述水聲換能器為壓電型換能器，諧振頻率至少為1kHz, 至多為200kHz；所述核心處理器采用單片機(jī)MSP430F149芯片，使用3.3V直流電壓供電；所述反相器采用74HC04芯片。

圖2中分別是壓控振蕩器電路、非門整形電路、微分電路和驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路。其中，壓控振蕩器電路使用鎖相環(huán)芯片CD4046內(nèi)的壓控振蕩功能，由芯片R1、R2端和C1A、C1B端外接的振蕩電阻與電容充放電來產(chǎn)生基礎(chǔ)方波信號(hào)，再由芯片F(xiàn)req Control端輸入的電壓值來控制方波信號(hào)的頻率偏移。壓控振蕩器電路輸出的方波信號(hào)在后端的RC微分電路中被整形成正負(fù)脈沖波信號(hào)，經(jīng)非門整形電路翻轉(zhuǎn)、補(bǔ)償后變?yōu)檎伎毡刃∮?0%的正脈沖波形，該信號(hào)進(jìn)入SG3525 PWM控制芯片的SYNC端后被二分頻，輸出同頻反相的兩路超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)。同時(shí)，由單片機(jī)輸出調(diào)制信號(hào)至該芯片的IN+端，以實(shí)現(xiàn)2ASK調(diào)制。

認(rèn)知水聲通信中的寬頻2ASK信號(hào)產(chǎn)生電路工作時(shí)，由核心處理器中的DAC產(chǎn)生壓控振蕩電路的輸入電壓，壓控振蕩器電路、非門整形電路、微分電路和驅(qū)動(dòng)信號(hào)產(chǎn)生電路經(jīng)上述信號(hào)整形處理后，驅(qū)動(dòng)功放電路進(jìn)行逆變，完成水聲信號(hào)的功率放大，放大后的信號(hào)經(jīng)匹配電路實(shí)現(xiàn)阻抗和相位匹配后，驅(qū)動(dòng)水聲換能器發(fā)射設(shè)定頻率的聲波信號(hào)。同時(shí)，匹配電路通過電流互感器與電壓采樣電阻，向核心處理器反饋水聲換能器端的實(shí)時(shí)電流電壓波形，核心處理器比較其相位，實(shí)時(shí)監(jiān)測水聲換能器的工作狀態(tài)。若需改變2ASK信號(hào)的頻率，可較為方便的通過調(diào)整壓控振蕩電路輸入電壓及匹配電路參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

圖3中為寬頻2ASK信號(hào)產(chǎn)生各階段的實(shí)測波形圖。可以看出，在324kHz脈沖信號(hào)的作用下，SG3525芯片輸出162kHz同頻反相的兩路超聲驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制半橋功放工作，各測試點(diǎn)波形符合設(shè)計(jì)預(yù)期。同時(shí)，從換能器端采集到的電流、電壓處于同相，說明換能器處于穩(wěn)定的諧振狀態(tài)。2ASK已調(diào)信號(hào)的調(diào)制信號(hào)頻率為159Hz，載波頻率為162kHz。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。