本發(fā)明是一種船載聲納目標(biāo)回波的模擬方法，屬于船載聲納仿真測(cè)試領(lǐng)域，特別是船載聲納目標(biāo)回波的模擬方法。

背景技術(shù)：

船載聲納作為一個(gè)復(fù)雜的水聲系統(tǒng)，在試驗(yàn)室或地面進(jìn)行測(cè)試或調(diào)試時(shí)，受場(chǎng)地和環(huán)境限制，無(wú)法使用真實(shí)的水下或水面目標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)，降低了聲納調(diào)試和功能性能測(cè)試驗(yàn)證的效率，為了進(jìn)行地面測(cè)試或調(diào)試，必須使用聲納模擬信號(hào)源模擬聲納回波進(jìn)行測(cè)試或調(diào)試。

目前已有的技術(shù)主要存在以下缺點(diǎn)：

1.目前已有技術(shù)只能按照設(shè)定波形生成和發(fā)射模擬目標(biāo)回波信號(hào)，且只能模擬幾種特定波形，信號(hào)特征與真實(shí)信號(hào)存在一定差異，不能實(shí)現(xiàn)任意回波波形的模擬；

2.目前船載聲納一般采用正脈沖或負(fù)脈沖進(jìn)行觸發(fā)，但目前已有技術(shù)僅具備其中一種觸發(fā)能力，不能滿足多種船載聲納的測(cè)試或調(diào)試需求，測(cè)試成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本項(xiàng)發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種船載聲納目標(biāo)回波的模擬方法，以實(shí)現(xiàn)船載聲納系統(tǒng)在試驗(yàn)室或地面環(huán)境模擬任意類型目標(biāo)回波和背景信號(hào)生成，實(shí)現(xiàn)聲納系統(tǒng)在無(wú)真實(shí)水聲目標(biāo)的條件下的檢測(cè)和試驗(yàn)。

一種船載聲納目標(biāo)回波的模擬方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟一：設(shè)定目標(biāo)參數(shù)，包括目標(biāo)距離、方位、徑向航速及接收機(jī)陣的通道數(shù)和通道的位置信息，并將設(shè)定目標(biāo)參數(shù)存儲(chǔ)在高速運(yùn)算處理單元中；

步驟二：聲納發(fā)射信號(hào)源發(fā)射信號(hào)輸出和觸發(fā)信號(hào)輸出，并分別接入高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和觸發(fā)電路中；觸發(fā)電路接收到發(fā)射的觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行采集，得到信號(hào)數(shù)據(jù)，與觸發(fā)信號(hào)數(shù)據(jù)一起送入高速運(yùn)算處理單元；

步驟三：高速運(yùn)算處理單元根據(jù)設(shè)定目標(biāo)的參數(shù)，進(jìn)行解算，根據(jù)解算結(jié) 果調(diào)整信號(hào)的頻率和時(shí)間數(shù)據(jù)，形成多組目標(biāo)回波信號(hào)數(shù)據(jù)，高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將多組目標(biāo)回波信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多組模擬信號(hào)；

步驟四：高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將步驟三形成的多組模擬信號(hào)按其頻率和時(shí)間傳輸給接收機(jī)的多個(gè)通道；即完成聲納通道回波信號(hào)的模擬。

高速運(yùn)算處理單元對(duì)多組回波信號(hào)進(jìn)一步修改，包括設(shè)定回波信號(hào)的幅度、接收通道特征和背景噪聲的參數(shù)。

有益效果：本發(fā)明在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了船載聲納目標(biāo)回波的模擬的試驗(yàn)室測(cè)試，使多聲納系統(tǒng)測(cè)試的適應(yīng)能力，提升了我國(guó)船載聲納裝備的測(cè)試水平。同時(shí)促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)聲納系統(tǒng)科研、試驗(yàn)、調(diào)試、檢驗(yàn)的技術(shù)升級(jí)。

附圖說(shuō)明

圖1、本發(fā)明所涉及的船載聲納目標(biāo)回波模擬器與被測(cè)聲納裝備的連接示意圖；

圖2、本發(fā)明實(shí)施例使用的模擬裝置；

圖3、本發(fā)明所涉及的船載聲納目標(biāo)回波模擬流程原理示意圖。

具體實(shí)施方式

一種船載聲納目標(biāo)回波的模擬方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟一：設(shè)定目標(biāo)參數(shù)，包括目標(biāo)距離、方位、徑向航速及接收機(jī)陣的通道數(shù)和通道的位置信息，并將設(shè)定目標(biāo)參數(shù)存儲(chǔ)在高速運(yùn)算處理單元中；

步驟二：聲納發(fā)射信號(hào)源發(fā)射信號(hào)輸出和觸發(fā)信號(hào)輸出，并分別接入高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和觸發(fā)電路中；觸發(fā)電路接收到發(fā)射的觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行采集，得到信號(hào)數(shù)據(jù)，與觸發(fā)信號(hào)數(shù)據(jù)一起送入高速運(yùn)算處理單元；

步驟三：高速運(yùn)算處理單元根據(jù)設(shè)定目標(biāo)的參數(shù)，進(jìn)行解算，根據(jù)解算結(jié)果調(diào)整信號(hào)的頻率和時(shí)間數(shù)據(jù)，形成多組目標(biāo)回波信號(hào)數(shù)據(jù)，高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將多組目標(biāo)回波信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多組模擬信號(hào)；

步驟四：高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將步驟三形成的多組模擬信號(hào)按其頻率和時(shí)間傳輸給接收機(jī)的多個(gè)通道；即完成聲納通道回波信號(hào)的模擬。

高速運(yùn)算處理單元對(duì)多組回波信號(hào)進(jìn)一步修改，包括設(shè)定回波信號(hào)的幅度、接收通道特征和背景噪聲的參數(shù)。

本發(fā)明由高速運(yùn)算處理單元、可編程觸發(fā)電路、高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和多路高速數(shù)模轉(zhuǎn)換電路組成，如下圖1所示。

已知聲音在水中的傳播速度為V₀(約1500米/秒)，當(dāng)聲納進(jìn)行探測(cè)時(shí)，由發(fā)射信號(hào)源輸出發(fā)射波形信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)，發(fā)射信號(hào)在目標(biāo)上反射，接收機(jī)接收反射回波信號(hào)。發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的時(shí)間為t₀，接收機(jī)接收到信號(hào)的時(shí)間為t₁，則目標(biāo)與聲納的距離L為：

L＝V₀×Δt/2

式中：Δt為發(fā)射機(jī)信號(hào)發(fā)射與接收機(jī)接收反射信號(hào)的時(shí)間差，

Δt＝t₁-t₀

根據(jù)多普勒效應(yīng)原理，發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)的頻率為f₀，接收機(jī)接收到回波信號(hào)的頻率為f₁，則目標(biāo)的徑向速度為V₁為：

V₁＝(f₁-f₀)/f₀×V₀

根據(jù)上述原理，通過(guò)將改變發(fā)射信號(hào)的頻率，延遲信號(hào)的時(shí)間，可模擬目標(biāo)一個(gè)通道的距離和徑向速度，通過(guò)三角形關(guān)系，即可完成對(duì)聲納目標(biāo)的回波信號(hào)模擬。

本發(fā)明中，聲納發(fā)射信號(hào)源的發(fā)射信號(hào)輸出和觸發(fā)信號(hào)輸出分別接入本發(fā)明的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和觸發(fā)電路中，觸發(fā)電路接收到發(fā)射機(jī)觸發(fā)信號(hào)，觸發(fā)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采集，得到信號(hào)數(shù)據(jù)，與觸發(fā)信號(hào)數(shù)據(jù)一起送入高速運(yùn)算處理單元。高速運(yùn)算處理單元根據(jù)設(shè)定目標(biāo)的參數(shù)，調(diào)整信號(hào)的頻率和時(shí)間數(shù)據(jù)，形成新的目標(biāo)回波信號(hào)數(shù)據(jù)，高速模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將目標(biāo)回波信號(hào)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)，傳輸給接收機(jī)，即可完成對(duì)聲納一個(gè)通道回波信號(hào)的模擬。根據(jù)三角形的原理，采用多路信號(hào)輸出，分別模擬聲納接收機(jī)的多個(gè)通道，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的方位、距離和徑向速度的模擬。高速運(yùn)算處理單元還可設(shè)定回波信號(hào)的幅度、接收通道特征、背景噪聲等參數(shù)，聲納回波信號(hào)接近真實(shí)地目標(biāo)模擬。

如圖3船載聲納目標(biāo)回波模擬流程原理示意圖所示，本項(xiàng)發(fā)明采用高速ADC實(shí)現(xiàn)對(duì)聲納真實(shí)發(fā)射信號(hào)采樣，獲取目標(biāo)基準(zhǔn)信號(hào)，按照系統(tǒng)指令進(jìn)行信號(hào)運(yùn)算，形成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)。觸發(fā)電路采用可編程器件，可對(duì)正、負(fù)脈沖及其幅度進(jìn)行控制，滿足不同聲納裝備的測(cè)試需求。聲納目標(biāo)信號(hào)、時(shí)延信號(hào)以及按照 指令生成的背景噪聲進(jìn)過(guò)信號(hào)合成后，由DA通道輸出至被測(cè)聲納裝備。

本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)

本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)一是采用高速ADC實(shí)現(xiàn)對(duì)聲納發(fā)射信號(hào)進(jìn)行采樣，并進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，能夠真實(shí)模擬聲納裝備發(fā)射信號(hào)后目標(biāo)反射的回波，能夠?qū)崿F(xiàn)任意波形的輸入與模擬。

本發(fā)明的關(guān)鍵點(diǎn)二是采用了可編程器件作為觸發(fā)電路，可實(shí)現(xiàn)正、負(fù)脈沖、觸發(fā)電壓幅值的設(shè)置，能夠適應(yīng)多種聲納裝備的測(cè)試需求。

該技術(shù)成果已經(jīng)完成了陸上聯(lián)調(diào)試驗(yàn)的充分驗(yàn)證，其發(fā)明具備了多聲納系統(tǒng)測(cè)試的適應(yīng)能力，聲納回波模擬與真實(shí)回波差異較小，提升了我國(guó)船載聲納裝備的測(cè)試水平，同時(shí)促進(jìn)了國(guó)產(chǎn)聲納系統(tǒng)科研、試驗(yàn)、調(diào)試、檢驗(yàn)的技術(shù)升級(jí)。

解決模擬信號(hào)與真實(shí)信號(hào)的差異及適應(yīng)不同聲納系統(tǒng)的差異問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)對(duì)任意船載聲納的測(cè)試和調(diào)試驗(yàn)證。