一種聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)試驗(yàn)方案

薛麗華 鐘鑫 何夏棟

摘要 針對聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)裝機(jī)前試驗(yàn)，設(shè)計(jì)測試平臺系統(tǒng)，建立目標(biāo)模擬，生成浮標(biāo)模型、聲納信號模型等，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)的問題，能夠仿真模擬浮標(biāo)信號，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;而水下目標(biāo)運(yùn)動軌跡的解算和顯示則由機(jī)載分系統(tǒng)來完成，機(jī)載分系統(tǒng)同時監(jiān)控整個浮標(biāo)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。兩分系統(tǒng)之間通過無線電進(jìn)行通信。組建聲納浮標(biāo)搜潛系統(tǒng)試驗(yàn)平臺如圖1所示。

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

3 目標(biāo)模擬

目標(biāo)信號模擬主要利用16路信號模擬器和浮標(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，信號模擬器將產(chǎn)生的數(shù)字形式水下分機(jī)16路水聽器信號合成轉(zhuǎn)換成模擬信號發(fā)送給聲處理接口;在對16路水聽器的目標(biāo)軌跡、初相位及目標(biāo)現(xiàn)時有關(guān)參數(shù)完成計(jì)算后，根據(jù)計(jì)算結(jié)果發(fā)送的信號強(qiáng)度、脈寬、頻率及初相位等，回波信號計(jì)算單元對16路水聽器信號進(jìn)行解算。

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

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

輔助傳感器信號的解算、回波信號的生成和排序、噪聲與回波的合成以及信號發(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。

高性能數(shù)字信號處理器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方法產(chǎn)生。通過水聽器通道譯碼器HCDEDODE，TMS320VC5509被編程后，在系統(tǒng)定時器TIMER的控制下對波形進(jìn)行綜合。根據(jù)定時從DDRAM取噪聲以及從DRAM取信號，TMS320VC5509將合成的信號傳送給后級的水聽器信號生成模塊。

水聽器信號生成模塊作為主要單元，其功能是負(fù)責(zé)重建16路水聽器信號模擬波形。16個平行的處理通道以DAC210芯片為基礎(chǔ)，信號處理器TMS320VC5509將水聽器信號按通道號順序?qū)懭雽?yīng)的DAC210緩沖區(qū)中，寫完16個通道信號后等待波形定時，一旦生成波形定時中斷，16個DAC通道同時完成數(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)通信時需要有收發(fā)轉(zhuǎn)換模塊，模塊電路則主要通過繼電器實(shí)現(xiàn)。當(dāng)聲納接收時，經(jīng)繼電器控制元件，目標(biāo)模擬器的信號經(jīng)由電纜上DC60V電壓驅(qū)動上傳;當(dāng)聲納發(fā)射時，由于DC60V電壓消失，則繼電器斷電，防止誤動作。另外，當(dāng)聲納發(fā)射時，模塊同步信號產(chǎn)生電路會使其產(chǎn)生一個下降沿跳變的負(fù)脈沖以產(chǎn)生中斷。

4.2 軟件設(shè)計(jì)

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

信號生成模塊編寫工具為DSP集成開發(fā)環(huán)境CCS2.2，采用C語言編程，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、不同長度的回波信號，在與噪聲合成之后，發(fā)送出去完成目標(biāo)模擬。信號的生成采用查表的方法，其中余弦函數(shù)表按0 1度間隔生成長度為3600個字長。每個回波周期開始時，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。

5 結(jié)束語

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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