EZ-USB FX2LP声探测实验系统电路及结构设计(2)
4.4 主控芯片调试 24
4.5 AD转换器调试 25
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录A 电源模块原理图 30
附录B 运算放大器原理图 31
附录C AD转换器原理图 32
附录D 主控芯片原理图 33
附录E PCB板设计图 34
附录F PCB板成品 35
1 绪论
1.1 引言
声探测技术是一种利用传感器实现声电转换，对电信号进行处理并利用相关声学原理确定声源位置的技术[1]。声探测技术广泛应用于包括移动通信、视频会议、机器人、海关等领域[2]，在军事领域作为雷达等定位技术的补充和扩展，也发挥着重要作用[3]。
1.2 技术背景及意义
声探测技术在一战期间就已经成功应用于战场，用来对炮弹、火炮发射阵地定位。但因为声探测系统布置安装时间长、定位精度不够高、定位速度不能满足战场环境要求，而逐渐被雷达、红外、激光等新兴探测技术所取代[4]。
20世纪90年代以来，随着信息时代的到来，许多新技术在武器上应用成功，尤其是隐身技术的发展，使得坦克、直升飞机、战斗机等现代化装备变得难以发现和跟踪，有时甚至在已经听到了飞机的噪声时，雷达等还未发现或定位出其准确位置[5]。另外，以狙击手战术为代表的现代远距离、隐蔽式作战方式也对探测技术提出了新的要求[6]。借助于现代微型计算机、现代网络技术的发展，声探测技术克服了历史上的种种缺陷[7]，又重新获得了人们的重视。
按照探测原理的不同，声探测方式可以分为主动式和被动式两种。因主动声探测系统需要主动发射声波信号，很容易同时被敌方探测到，所以声探测主要采用利用目标自身所发出的声波来探测目标并对目标定位跟踪的被动声探测方式[8]。
相比光、电、雷达等探测技术，被动声探测技术有以下优点[9, 10]：
(1) 被动声探测技术不需要发射能量，不易被敌方同时探测到，隐蔽性强；因对声信号进行探测，电磁干扰对其无效，抗干扰性强；
(2) 声波能够绕过物体传播，探测范围广；
(3) 被动声探测系统研究丰富、结构简单、制造成本低、移动方便快捷；
目前，被动声探测技术正逐渐用于对坦克、武装直升机、火炮等军事装备的定位，已成为一种日益重要的军事侦查方式[11]。
1.3 国内外研究现状
被动声探测系统作为一种传统的探测方法，其基本原理没有太大变化，但在过去几十年的发展中，在声信号采集和定位计算上实现了自动化、持续化、集成电路化[12]。
1.3.1 国外研究现状
1.3.2 国内研究现状
2 声探测实验系统总体设计
声探测实验系统由声信号采集系统和上位机数据处理模块组成，如图2.1所示。声信号采集系统进行目标声源信息的采集，并将处理后的信号发送出去；上位机数据处理模块用于接收声信号采集系统的数据，对数据进行进一步处理后计算出目标的位置和方向。
图2.1 声探测系统总体框图
本文主要进行声信号采集系统硬件设计，如图2.2所示，硬件系统主要由声传感器阵列、运算放大器、AD转换器和主控芯片组成。声传感器使用烽火公司的DC-600型拾声器，声传感器的作用是将声传感器阵列接收到的声音信号转换为电压信号；运算放大器使用德州仪器公司的OPA4228芯片，运算放大器的作用是对声传感器的微弱电压信号进行放大，供后续处理；AD转换器使用德州仪器公司的ADS8555芯片，AD转换器的作用是将接收到的电压信号转换为数字信号供主控芯片处理；主控芯片使用赛普拉斯公司的EZ-USB FX2LP芯片，主控芯片的作用是通过USB接口将数字信号传送至上位机。