声纳智能技术侦查接口的硬件系统定制及控制
2012-12-25
测定水下以及水面目标的位置是声纳系统的重要任务，目标的位置由目标的弦角(或方位角)和距离决定。声纳脉冲侦察模块作为声纳侦察系统的一部分，担负着测向和测距的任务。声纳脉冲侦察模块通过测定三路信号的时延差以及时延差的差来测定目标的方位和距离。
随着电子技术的发展，水声设备也加速了更新换代的步伐。水声设备的发展方向应该是现代化、小型化、智能化，一些原来用硬件实现的功能可以由软件来完成，这为功能的更新和发展提供了极大的便利。正是顺应这一趋势，作者结合实际进行了声纳脉冲模块的改造。如图1所示，声纳脉冲侦察模块可以分为两大部分：模拟部分和数字部分。现只就声纳脉冲侦察模块数字部分的设计进行阐述。下面介绍声纳脉冲侦察模块的测向测距原理、硬件设计及其实现。
在实时检测进程中，外部六路阵元输入信号由模/数转换器进行同步并行采样。根据系统要求，每路采样频率为1MHz。数字信号处理器在进行实时检测时要对数据进行降采样处理，使采样频率降为100kHz。数字信号处理器对其中的四路信号(左右舷的艏艉通道)进行实时自适应线谱增强(ALE)运算，以检测声纳脉冲。根据算法分析，计算单路ALE约需要300个指令周期，四通道共需1200个指令周期，若采样频率为100kHz，则数字信号处理器的运算能力应大于120MIPS。
2.3.2 数据存储量
当检测到信号时，数字信号处理器开始将六路数据中的三路(左舷或右舷的艏、舯、艉阵元)存入数据存储器中。存储单元的大小是由解算所需的最大数据量、系统的采样速率、三路信号间的最大延时等因素决定的。假设阵长D＝45m，取声速c＝1500m/s，则在±60°扇面内，艏艉阵元之间信号到达的最大延时为：
Dsin60°≈26(ms) (3)
若系统的采样速率为1MSPS，系统解算数据至少需要30ms长的样本，则在数据存储过程中至少要存储的数据量(从信号到达时刻算起)为：
(26ms+30ms)×3×1MSPS=168Kword (4)
2.3.3 数据解算运算量
数据存储完毕后，数字信号处理器开始进行参数的解算。解算内容主要包括：粗测时延、频率估计、相位估计、目标跟踪关联等。数字信号处理器在解算过程中不再响应外部的中断，此时是系统工作的盲区。根据声纳使用要求，这个盲区越小越好，这意味着主处理器的运算速度越大越好。据粗略估计，若要求盲区为100毫秒，则160MHz的处理器是能够完成任务的。
2.4 输入信号动态范围
根据环境噪声谱级的分析，系统背景噪声的动态范围不超过42dB，再考虑到信噪比要大于13dB，系统输入的动态范围应大于55dB，则ADC的精度应该不低于10比特。
首先是数字信号处理器引导自己的程序，对其内部进行各种设置、对各种寄存器进行初始化及内部自检，同时逻辑控制芯片引导程序进行初始化。初始化以后进行板级自检，由TMS320VC5416完成。自检的内容包括：片外的静态RAM(CY7C1041)、片外的EPROM(2716)、模/数转换器(THS1206)等是否工作正常。完成自检后，将自检的结果通过逻辑控制芯片输出。板级自检之后的工作是读入声速参数及从EPROM(2716)中读进所需的参数。上述工作完成之后，系统就进入如图3所示的工作进程中。
来源 电能质量分析仪 //cafe-lamp-eye.com/
随着电子技术的发展，水声设备也加速了更新换代的步伐。水声设备的发展方向应该是现代化、小型化、智能化，一些原来用硬件实现的功能可以由软件来完成，这为功能的更新和发展提供了极大的便利。正是顺应这一趋势，作者结合实际进行了声纳脉冲模块的改造。如图1所示，声纳脉冲侦察模块可以分为两大部分：模拟部分和数字部分。现只就声纳脉冲侦察模块数字部分的设计进行阐述。下面介绍声纳脉冲侦察模块的测向测距原理、硬件设计及其实现。
在实时检测进程中，外部六路阵元输入信号由模/数转换器进行同步并行采样。根据系统要求，每路采样频率为1MHz。数字信号处理器在进行实时检测时要对数据进行降采样处理，使采样频率降为100kHz。数字信号处理器对其中的四路信号(左右舷的艏艉通道)进行实时自适应线谱增强(ALE)运算，以检测声纳脉冲。根据算法分析，计算单路ALE约需要300个指令周期，四通道共需1200个指令周期，若采样频率为100kHz，则数字信号处理器的运算能力应大于120MIPS。
2.3.2 数据存储量
当检测到信号时，数字信号处理器开始将六路数据中的三路(左舷或右舷的艏、舯、艉阵元)存入数据存储器中。存储单元的大小是由解算所需的最大数据量、系统的采样速率、三路信号间的最大延时等因素决定的。假设阵长D＝45m，取声速c＝1500m/s，则在±60°扇面内，艏艉阵元之间信号到达的最大延时为：
Dsin60°≈26(ms) (3)
若系统的采样速率为1MSPS，系统解算数据至少需要30ms长的样本，则在数据存储过程中至少要存储的数据量(从信号到达时刻算起)为：
(26ms+30ms)×3×1MSPS=168Kword (4)
2.3.3 数据解算运算量
数据存储完毕后，数字信号处理器开始进行参数的解算。解算内容主要包括：粗测时延、频率估计、相位估计、目标跟踪关联等。数字信号处理器在解算过程中不再响应外部的中断，此时是系统工作的盲区。根据声纳使用要求，这个盲区越小越好，这意味着主处理器的运算速度越大越好。据粗略估计，若要求盲区为100毫秒，则160MHz的处理器是能够完成任务的。
2.4 输入信号动态范围
根据环境噪声谱级的分析，系统背景噪声的动态范围不超过42dB，再考虑到信噪比要大于13dB，系统输入的动态范围应大于55dB，则ADC的精度应该不低于10比特。
首先是数字信号处理器引导自己的程序，对其内部进行各种设置、对各种寄存器进行初始化及内部自检，同时逻辑控制芯片引导程序进行初始化。初始化以后进行板级自检，由TMS320VC5416完成。自检的内容包括：片外的静态RAM(CY7C1041)、片外的EPROM(2716)、模/数转换器(THS1206)等是否工作正常。完成自检后，将自检的结果通过逻辑控制芯片输出。板级自检之后的工作是读入声速参数及从EPROM(2716)中读进所需的参数。上述工作完成之后，系统就进入如图3所示的工作进程中。
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