薛麗華 鐘鑫 何夏棟

摘要 針對(duì)聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)裝機(jī)前試驗(yàn)，設(shè)計(jì)測(cè)試平臺(tái)系統(tǒng)，建立目標(biāo)模擬，生成浮標(biāo)模型、聲納信號(hào)模型等，設(shè)計(jì)收發(fā)轉(zhuǎn)化模塊，從而完成聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)的功能驗(yàn)證。

【關(guān)鍵詞】聲納浮標(biāo)搜潛 目標(biāo)模擬 測(cè)試

1 概述

聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)是任務(wù)系統(tǒng)重要的機(jī)載設(shè)備，是目前反潛機(jī)探測(cè)水下目標(biāo)的主要手段。本方案主要目標(biāo)是解決聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)裝機(jī)前試驗(yàn)的問(wèn)題，能夠仿真模擬浮標(biāo)信號(hào)，完成聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)的功能驗(yàn)證及性能指標(biāo)。

2 試驗(yàn)原理組成

聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)分為海面浮標(biāo)分系統(tǒng)和機(jī)載分系統(tǒng)。其中浮標(biāo)分系統(tǒng)由浮標(biāo)陣組成，主要負(fù)責(zé)采集處理水下目標(biāo)信號(hào);而水下目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡的解算和顯示則由機(jī)載分系統(tǒng)來(lái)完成，機(jī)載分系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)控整個(gè)浮標(biāo)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。兩分系統(tǒng)之間通過(guò)無(wú)線電進(jìn)行通信。組建聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)試驗(yàn)平臺(tái)如圖1所示。

試驗(yàn)平臺(tái)主要由信號(hào)模擬器、組網(wǎng)功能測(cè)試組件、接收發(fā)射機(jī)測(cè)試設(shè)備、測(cè)試系統(tǒng)、浮標(biāo)模擬器以及便攜式測(cè)試設(shè)備組成。信號(hào)模擬器用于接收機(jī)的測(cè)試，產(chǎn)生需要的16路射頻信號(hào)，同時(shí)可以用來(lái)模擬產(chǎn)生浮標(biāo)發(fā)射機(jī)的調(diào)試信號(hào);浮標(biāo)模擬器用于對(duì)接收機(jī)的測(cè)向定位能力進(jìn)行功能檢測(cè)，可以模擬生成浮標(biāo)信號(hào)，模擬回波信號(hào)、目標(biāo)噪聲信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)向接收機(jī)、測(cè)向定位處理機(jī)的功能、性能驗(yàn)證;組網(wǎng)功能測(cè)試組件用于系統(tǒng)配套試驗(yàn)，提供試驗(yàn)平臺(tái)交互接口，進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)調(diào)理，并完成系統(tǒng)組網(wǎng)功能檢查;接收發(fā)射機(jī)測(cè)試設(shè)備包含矢量信號(hào)分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、功率計(jì)、噪聲源等設(shè)備，用于對(duì)接收機(jī)、發(fā)射機(jī)進(jìn)行性能測(cè)試測(cè)試系統(tǒng)軟件平臺(tái)具備資源管理、TP配置、ICD管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理等模塊。

3 目標(biāo)模擬

目標(biāo)信號(hào)模擬主要利用16路信號(hào)模擬器和浮標(biāo)模擬器完成。浮標(biāo)模擬器產(chǎn)生并處理目標(biāo)回波、噪聲及多種傳感器模擬信號(hào)，信號(hào)模擬器將產(chǎn)生的數(shù)字形式水下分機(jī)16路水聽器信號(hào)合成轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)發(fā)送給聲處理接口;在對(duì)16路水聽器的目標(biāo)軌跡、初相位及目標(biāo)現(xiàn)時(shí)有關(guān)參數(shù)完成計(jì)算后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)送的信號(hào)強(qiáng)度、脈寬、頻率及初相位等，回波信號(hào)計(jì)算單元對(duì)16路水聽器信號(hào)進(jìn)行解算。

目標(biāo)模擬原始信號(hào)包括模擬的潛艇數(shù)目、航速、航向、距離、運(yùn)動(dòng)軌跡;模擬的海洋背景噪聲類型;模擬的聲納工作方式等?；夭ㄐ盘?hào)包括目標(biāo)回波、混響和海洋環(huán)境噪聲信號(hào)。忽略非自由場(chǎng)引起的波形失真則回波表示為窄帶過(guò)程。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

輔助傳感器信號(hào)的解算、回波信號(hào)的生成和排序、噪聲與回波的合成以及信號(hào)發(fā)送等工作主要在主機(jī)高速處理模塊進(jìn)行。接口適配將控制復(fù)合命令分解為水下分機(jī)命令、發(fā)射機(jī)命令和觸發(fā)信號(hào)。

高性能數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5509A為生成噪聲的核心，水聽器的噪聲由彼此獨(dú)立的窄帶或?qū)拵Ц咚乖肼暷M，帶通濾波器由白噪聲激勵(lì)方法產(chǎn)生。通過(guò)水聽器通道譯碼器HCDEDODE，TMS320VC5509被編程后，在系統(tǒng)定時(shí)器TIMER的控制下對(duì)波形進(jìn)行綜合。根據(jù)定時(shí)從DDRAM取噪聲以及從DRAM取信號(hào)，TMS320VC5509將合成的信號(hào)傳送給后級(jí)的水聽器信號(hào)生成模塊。

水聽器信號(hào)生成模塊作為主要單元，其功能是負(fù)責(zé)重建16路水聽器信號(hào)模擬波形。16個(gè)平行的處理通道以DAC210芯片為基礎(chǔ)，信號(hào)處理器TMS320VC5509將水聽器信號(hào)按通道號(hào)順序?qū)懭雽?duì)應(yīng)的DAC210緩沖區(qū)中，寫完16個(gè)通道信號(hào)后等待波形定時(shí)，一旦生成波形定時(shí)中斷，16個(gè)DAC通道同時(shí)完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。

4.1 收發(fā)轉(zhuǎn)換

聲納目標(biāo)模擬和聲納系統(tǒng)通信時(shí)需要有收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊，模塊電路則主要通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)聲納接收時(shí)，經(jīng)繼電器控制元件，目標(biāo)模擬器的信號(hào)經(jīng)由電纜上DC60V電壓驅(qū)動(dòng)上傳;當(dāng)聲納發(fā)射時(shí)，由于DC60V電壓消失，則繼電器斷電，防止誤動(dòng)作。另外，當(dāng)聲納發(fā)射時(shí)，模塊同步信號(hào)產(chǎn)生電路會(huì)使其產(chǎn)生一個(gè)下降沿跳變的負(fù)脈沖以產(chǎn)生中斷。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)平臺(tái)PC機(jī)采用VC++語(yǔ)言編程，UI設(shè)計(jì)對(duì)軌跡等進(jìn)行顯示，后臺(tái)負(fù)責(zé)參數(shù)接收、處理、命令解釋及發(fā)送各類信息。

信號(hào)生成模塊編寫工具為DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS2.2，采用C語(yǔ)言編程，主要完成命令接收和參數(shù)的分類，根據(jù)要求可以產(chǎn)生各種類型、不同長(zhǎng)度的回波信號(hào)，在與噪聲合成之后，發(fā)送出去完成目標(biāo)模擬。信號(hào)的生成采用查表的方法，其中余弦函數(shù)表按0 1度間隔生成長(zhǎng)度為3600個(gè)字長(zhǎng)。每個(gè)回波周期開始時(shí)，機(jī)載PC機(jī)將水聽器16路初相位發(fā)送至TMS320VC5509A高速處理模塊，在余弦函數(shù)表中根據(jù)初相位查得相應(yīng)的函數(shù)值，由此得到回波周期內(nèi)發(fā)送的水聽器信號(hào)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本試驗(yàn)方案建立目標(biāo)模擬，設(shè)計(jì)收發(fā)轉(zhuǎn)化模塊，從而能完成聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)的功能和性能驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)

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