本實(shí)用新型涉及海洋探測領(lǐng)域，尤其涉及一種低噪聲高精度多波束測深儀接收機(jī)。

背景技術(shù)：

多波束測深系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)超寬覆蓋范圍的高精度海底深度測量，是一種具有高測量效率、高測量精度、高分辨率的海底地形測量設(shè)備，特別適合大面積的掃海測量作業(yè)，在海洋測繪等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

系統(tǒng)工作時(shí)，通過發(fā)射換能器發(fā)射聲波，照射測量船下方的一條狹窄水域，聲波在水中傳播，碰到該水域底部泥沙等界面時(shí)發(fā)生反射，到達(dá)接收換能器的聲波包含了水下地形的起伏等信息。通過對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行固定方向的波束形成、能量積累、幅度相位檢測等一系列處理，可以得到與船體航向垂直方向的條帶式高密度水深數(shù)據(jù)，測量沿航線條帶內(nèi)海底地形特征。

發(fā)射換能器發(fā)射聲波經(jīng)過水體吸收、散射、反射等影響后，到達(dá)接收換能器的信號(hào)強(qiáng)度非常弱，只有幾毫伏甚至微伏級(jí)，這些微弱信號(hào)經(jīng)過多波束接收機(jī)電路的放大濾波后通過AD采樣，然后進(jìn)行數(shù)字信號(hào)的處理。微弱信號(hào)在放大濾波的過程中往往會(huì)引入很多噪聲，這些噪聲對(duì)地形測量的精度影響非常大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，適應(yīng)現(xiàn)實(shí)需要，從而提供了一種低噪聲高精度多波束測深儀接收機(jī)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種低噪聲高精度多波束測深儀接收機(jī)。該接收機(jī)包括接收換能器、電源單元、信號(hào)處理單元和ADC轉(zhuǎn)換單元，

所述接收換能器與所述信號(hào)處理單元相連，用以接收回波信號(hào)并發(fā)送至所述信號(hào)處理單元；

所述信號(hào)處理單元和所述ADC轉(zhuǎn)換單元均包括多路，每路信號(hào)處理單元對(duì)應(yīng)一路ADC轉(zhuǎn)換單元，每路信號(hào)處理單元包括多級(jí)放大電路，每級(jí)放大電路各連接有濾波電路；

所述電源單元包括正電壓供給單元和負(fù)電壓供給單元，正電壓供給單元輸出的正電壓經(jīng)每級(jí)放大電路對(duì)應(yīng)的濾波電路濾波后再供給該級(jí)放大電路，負(fù)電壓供給單元輸出的負(fù)電壓經(jīng)每級(jí)放大電路對(duì)應(yīng)的濾波電路濾波后再供給該級(jí)放大電路。

優(yōu)選地，所述信號(hào)處理單元的第一級(jí)放大電路采用LT6234IS8器件。

優(yōu)選地，所述正電壓供給單元包括第一DC-DC 降壓控制器及與其連接的第一LDO穩(wěn)壓器、第二LDO穩(wěn)壓器和第三LDO穩(wěn)壓器；通過第一DC-DC 降壓控制器將外接的電壓降壓，由第一LDO穩(wěn)壓器輸出信號(hào)處理單元所需正電壓；由第二LDO穩(wěn)壓器輸出ADC轉(zhuǎn)換單元所需模擬正電壓；由第三LDO穩(wěn)壓器輸出ADC轉(zhuǎn)換單元所需數(shù)字正電壓；

所述負(fù)電壓供給單元包括第二DC-DC 降壓控制器及與其連接的第四LDO穩(wěn)壓器，通過第二DC-DC 降壓控制器將外接的電壓降壓，由第四LDO穩(wěn)壓器輸出信號(hào)處理單元所需負(fù)電壓。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一DC-DC 降壓控制器與第一LDO穩(wěn)壓器、第二LDO穩(wěn)壓器和第三LDO穩(wěn)壓器之間分別連接有電感，所述第二DC-DC 降壓控制器與第四LDO穩(wěn)壓器之間連接有電感，所述電感用以將DC-DC 降壓控制器過來的正電壓或負(fù)電壓進(jìn)行分離，實(shí)現(xiàn)電源的清潔。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述第一LDO穩(wěn)壓器與第四LDO穩(wěn)壓器的模擬地與每路信號(hào)處理單元的隔離地相匯集。

優(yōu)選地，所述ADC轉(zhuǎn)換單元分割為數(shù)字地和模擬地兩部分，兩地之間通過零歐姆電阻連接。

優(yōu)選地，所述每路信號(hào)處理單元封裝成一個(gè)元器件，通過插針插接在母板上。

本實(shí)用新型的低噪聲高精度多波束測深儀接收機(jī)，采用器件選擇、電源處理、通道隔離、模擬數(shù)字地隔離等方法有效降低了信號(hào)的噪聲，提高信號(hào)信噪比。同時(shí)將每路信號(hào)處理單元封裝成一個(gè)元器件，加強(qiáng)了通道的一致性，保證通道間的幅度一致性和相位一致性，提高了系統(tǒng)性能。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的一種低噪聲高精度多波束測深儀接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型的電源單元的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本實(shí)用新型的信號(hào)處理單元各路間的隔離示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的ADC轉(zhuǎn)換單元數(shù)字模擬地的分割示意圖；

圖5為本實(shí)用新型的信號(hào)處理單元與母板的連接示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，附圖僅為示例性說明，并未按照嚴(yán)格比例繪制，而且其中可能有為描述便利而進(jìn)行的局部放大、縮小，對(duì)于公知部分結(jié)構(gòu)亦可能有一定缺省。

圖1為本實(shí)用新型的一種低噪聲高精度多波束測深儀接收機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖1所示，本實(shí)用新型的一種低噪聲高精度多波束測深儀接收機(jī)。該接收機(jī)包括接收換能器1、信號(hào)處理單元2、ADC轉(zhuǎn)換單元3和電源單元4。

接收換能器1與信號(hào)處理單元2相連，用以接收回波信號(hào)并發(fā)送至信號(hào)處理單元2。

信號(hào)處理單元2和ADC轉(zhuǎn)換單元4均包括多路（N路），每路信號(hào)處理單元2對(duì)應(yīng)一路ADC轉(zhuǎn)換單元（如信號(hào)處理單元21對(duì)應(yīng)與ADC轉(zhuǎn)換單元31相連，信號(hào)處理單元2N對(duì)應(yīng)與ADC轉(zhuǎn)換單元3N相連），每路信號(hào)處理單元2包括多級(jí)放大電路（第一級(jí)至第N級(jí)），每級(jí)放大電路各連接有濾波電路。

電源單元4包括正電壓供給單元41和負(fù)電壓供給單元42，正電壓供給單元41輸出的正電壓經(jīng)每級(jí)放大電路對(duì)應(yīng)的濾波電路濾波后再供給該級(jí)放大電路，負(fù)電壓供給單元42輸出的負(fù)電壓經(jīng)每級(jí)放大電路對(duì)應(yīng)的濾波電路濾波后再供給該級(jí)放大電路。

其中，信號(hào)處理單元的第一級(jí)放大電路采用LT6234IS8器件。這是由于一個(gè)運(yùn)算放大電路的噪聲主要由3部分組成，分別為電阻的約翰遜噪聲、運(yùn)算放大器的電壓噪聲和運(yùn)放放大器各輸入端的電流噪聲。因?yàn)榈谝患?jí)放大電路的噪聲會(huì)在后級(jí)電路中疊加，對(duì)系統(tǒng)噪聲影響最大。所以，本發(fā)明的第一級(jí)運(yùn)算放大電路可采用凌特公司低噪聲器件LT6234IS8，當(dāng)然也可選用其它低噪聲器件，而其它各級(jí)放大電路也可采用低噪聲器件LT6234IS8或其它普通類型器件。

圖2為本實(shí)用新型的電源單元的結(jié)構(gòu)框圖。

如圖2所示，本發(fā)明的電源單元采用的外接+48V供電，采用的是各部分分離供電方案。為了提高電源的效率，本發(fā)明先用DC-DC把電壓降下來，再由LDO把降下來的電壓變?yōu)楦髌骷枰墓╇婋妷骸Ｒ驗(yàn)椴杉男盘?hào)是正負(fù)信號(hào)，故需要正負(fù)電壓供給單元。具體如下：

正電壓供給單元41包括第一DC-DC 降壓控制器411及與其連接的第一LDO穩(wěn)壓器412、第二LDO穩(wěn)壓器413和第三LDO穩(wěn)壓器414。通過第一DC-DC 降壓控制器411將外接的+48V電壓降壓至+5V，由第一LDO穩(wěn)壓器412輸出信號(hào)處理單元2所需正電壓+4.5V；由第二LDO穩(wěn)壓器413輸出ADC轉(zhuǎn)換單元所需模擬正電壓+3.3V；由第三LDO穩(wěn)壓器414輸出ADC轉(zhuǎn)換單元所需數(shù)字正電壓+3.3V。

負(fù)電壓供給單元42包括第二DC-DC 降壓控制器421及與其連接的第四LDO穩(wěn)壓器422，通過第二DC-DC 降壓控制器421將外接的電壓降壓+48V電壓降壓至+5V，由第四LDO穩(wěn)壓器422輸出信號(hào)處理單元2所需負(fù)電壓-4.5V。

需要說明的是，第一DC-DC 降壓控制器411與第一LDO穩(wěn)壓器412、第二LDO穩(wěn)壓器413和第三LDO穩(wěn)壓器414之間還可分別連接有電感，使用電感和外面第一DC-DC過來的電壓分離開來，這樣有助于電源的清潔，不至于干擾后面的模擬處理電路。同樣，第二DC-DC 降壓控制器與第四LDO穩(wěn)壓器之間也可連接有電感，使用電感和外面第二DC-DC過來的電壓分離開來，這樣有助于電源的清潔，不至于干擾后面的模擬處理電路。

圖3為本實(shí)用新型的信號(hào)處理單元各路間的隔離示意圖。

多波束接收機(jī)系統(tǒng)的接收電路由多通道（多路信號(hào)處理單元）組成，為了保證通道間的隔離度，本發(fā)明采用各通道的回流地隔離的方式，并在LDO處地匯合（該地為第一LDO穩(wěn)壓器與第四LDO穩(wěn)壓器的共用的模擬地）這樣可以保證通道間回流路徑的獨(dú)立性，降低信號(hào)回流的相互干擾，減少噪聲。另外在電路板的元器件布局層，各通道可采用屏蔽罩屏蔽，進(jìn)一步降低通道間的信號(hào)串?dāng)_，提高通道的隔離度。

圖4為本實(shí)用新型的ADC轉(zhuǎn)換單元數(shù)字模擬地的分割示意圖。

如圖4所示，本實(shí)用新型的ADC轉(zhuǎn)換單元分割為數(shù)字地和模擬地兩部分，可防止數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾。ADC轉(zhuǎn)換單元的一邊為數(shù)字地，另一邊為模擬地，中間是隔離區(qū)，此隔離區(qū)是在畫PCB 時(shí)人為隔離出來的，隔離區(qū)不鋪銅。數(shù)字地、模擬地分開保證各自獨(dú)立的回流路徑，同時(shí)通過中間的零歐姆電阻（OR電阻）連接共地保證電位的一致。數(shù)字電路部分的噪聲一般比較大，而模擬部分的噪聲是比較小的，分割后數(shù)字部分的電路不會(huì)干擾到模擬部分電路，這樣就有效降低了信號(hào)噪聲，提高了模擬部分測量信號(hào)的精度。

圖5為本實(shí)用新型的信號(hào)處理單元與母板的連接示意圖。

多波束接收機(jī)系統(tǒng)由多通道的接收電路組成，多通道的一致性（幅度一致性、相位一致性）對(duì)系統(tǒng)性能影響較大，尤其是相位一致性。因此，為了保證各通道的一致性，本實(shí)用新型采用模塊化設(shè)計(jì)。將每個(gè)通道（每路信號(hào)處理單元）封裝成一個(gè)元器件（21至2N），通過插針插接在母板5上，然后進(jìn)行調(diào)用，這樣大大減小布局布線引起的誤差。采用此方法大大提高了通道一致性，也較大改善了系統(tǒng)的性能。

以上所述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式而已，并不用于限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。