基于以太网鱼雷声自导电信号半实物_电子信息工程毕业论文
发布时间：2015-03-19
来源：人大经济论坛
基于以太网鱼雷声自导电信号半实物_电子信息工程毕业论文
O 引言鱼雷声自导系统是现代鱼雷最基本也是最核心的部件，直接决定鱼雷的总体性能和战术指标。声自导系统半实物仿真是在实验室环境下模拟水声目标，进行声自导系统设计与性能评估的重要手段。
声自导系统半实物仿真根据模拟声学目标方法的不同通常有水声物理场法、电信号注入法和机械对接法3种1。水声物理场法利用消声水池／水罐，通过水中产生的目标／背景信号直接作用到声自导声学基阵上，这种方法系统庞大，试验成本高，适合对包含声学基阵的声自导系统进行详细全面的测试 采用机械对接方法简洁，但机械耦合的精确解耦是一大难题；电信号注入法在声学基阵不接入仿真系统的情况下，根据目标／背景的数学模型由仿真信号源实时生成电信号，加载到声自导系统的接收端。电信号注入法系统结构简单，其试验成本远低于水声物理场法，尤其是随着高性能数字信号处理器的发展，使可实时生成的数学模型更加精确，从而使电信号较精确的模拟目标／背景信号成为可能。由于数字信号处理器编程的灵活性，可根据需要产生水声目标、背景噪声、干扰目标等各种类型的信号及多种信号的组合。在实验室环境下通过电信号注入法对声自导系统做前期论证、测试后，再进一步进行水池试验、湖海试验以对包含声学基阵在内的声自导系统进行试验测试，可大大提高声自导系统的研发进度，降低研发成本。
1 声自导半实物仿真系统结构基于电信号注入法的声自导系统半实物仿真系统包含控制／显示计算机、仿真信号源、声自导信号处理机、自动驾驶仪和程控放大／滤波模块等5个子系统，各子系统通过以太网连接构成分布式仿真系统，基于以太网的声自导系统半实物仿真结构如图1所示。根据仿真的具体需求，自动驾驶仪既可以是数学仿真模型，也可以是实物接入仿真系统。仿真系统在控制／显示计算机的控制下协同工作，仿真信号源实时生成仿真信号加载到声自导信号处理机的接收端，模拟鱼雷寻的、跟踪、攻击目标的全过程，声自导信号处理机和自动驾驶仪处理得到的相关参数发送到控制／显示计算机实时显示。
组建基于电信号的声自导半实物仿真系统主要存在以下关键技术：目标／背景信号的仿真数学模型；实时仿真信号源的硬件设计；根据目标／背景信2 目标／背景信号仿真模型在主动声自导体制下，目标回波信号是获取目标特征信息的主要来源。在目标回波中有3个重要的特征：目标回波的时间展宽；目标回波的亮点起伏；目标回波空间方位分布。这3个特征是对目标进行识别和跟踪的重要依据，目标／背景信号的仿真模型必须能够反应这3个特征参量。农业田间信息获取技术研究及发展趋势。
根据声自导的不同阶段，在满足远场条件时，使用单亮点模型模拟目标；在近程时则将目标认为是体目标，使用多亮点结构模型。为了能够准确的模拟声学基阵接收的信号，还必须模拟诱饵、混响和海洋噪声等干扰信号。由于水声环境的复杂性和系统实时性的要求，使用了简化的目标／背景模型。
3 目标／背景信号的实时生成3．1 仿真信号源的硬件系统设计仿真信号源根据目标／背景的数学模型，利用直接数字信号合成(DDS)技术实时产生声自导仿真信号，其硬件结构如图2所示。网络通讯模块通过以太网与上位机通讯，接收上位机发送的命令和参数；主控制器根据接收到的命令实现对整个系统的同步控制；信号处理流水阵列是系统主要的信号处理单元，完成仿真信号实时生成的大量数据处理；DAC阵列实现所有通道信号的同步数／模转换。
根据目标／背景信号实时生成算法的特点，信号处理流水阵列采用3级流水处理的结构，每级处理阵列包含6片高性能浮点处理器TMS320C6713，相邻两级处理阵列通过DSP的同步串口连接，上一级的处理结果传递到下一级作进一步的处理。根据直接数字信号合成的特点，第1级阵列通过查表方式产生基准信号；第2级阵列在基准信号的基础上，采用延时滤波算法产生附加延时信息的其余各通道数据；第3级阵列完成目标信号、背景信号的叠加，并将产生的数字信号通过DAC转换阵列产生声自导仿真信号，经过信号调理后加载到声自导接收机的输入端。
3．2 声自导信号叠加鱼雷声自导信号常用的脉冲信号包含单频脉冲信号、线性调频脉冲信号、双线性调频信号等，并根据具体的自导流程组合。基本的信号类型在信号处理阵列的第1级通过查表递推方式产生，然后叠加滚降包络或是矩形包络。鱼雷发射的自导脉冲信号是各种基本脉冲信号的组合，因而基阵接收到的是附加目标信息和干扰信号的基本窄带脉冲的组合。声自导仿真系统要真实的仿真目标／背景信号，必须实现基本脉冲信号的灵活组合，并叠加海洋噪声和混响干扰。目标／背景信号的组合和叠加在信号处理阵列的第3级完成。
4 半实物仿真试验4．1 声自导波束形成器验证声自导信号处理机的波束形成器是鱼雷常用的目标定向方法，也就必然要求对波束形成器的性能进行评估。传统的波束形成器的评估是在水池试验阶段通过180。转动雷头实现的，使用基于电信号的声自导半实物仿真后，可在前期方便的对波束形成器作性能评估，优化波束形成器的设计。使用仿真信号源模拟目标在水平方向和垂直方向上一90。到90。的运动，模拟雷头转动的速度与水池试验一致，则声自导信号处理机形成的8个波束在控制／显示计算机上得到的结果如图4所示，验证了波束形成器的性能。
4．2 鱼雷弹道评估鱼雷弹道是鱼雷重要的综合技战指标，传统的鱼雷弹道评估必须等到水池试验或湖上试验才能完成。在引入基于电信号的半实物仿真系统后，可在试验室内模拟鱼雷声自导攻击的全过程，实现鱼雷弹道设计的评估和优化。仿真系统模拟鱼雷声自导系统搜索弹道、发现目标后的导引弹道时，总台计算机根据自动驾驶仪的输出参数和运动方程，实时计算鱼雷与目标的距离、相对速度和空间方位等参数，仿真信号源以这些参数实时产生目标的仿真信号。
声自导信号处理机采集目标仿真信号，处理后获得目标信息，并根据目标信息执行相应的弹道策略。
将目标信息发送到控制／显示计算机，结合仿真目标的参数实时显示鱼雷攻击的全过程。
5 结论采用电信号注入法的声自导半实物仿真系统能够根据目标／背景模型同时模拟多个目标，并叠加相应的海洋噪声和混响干扰。该半实物仿真系统的研制对于优化声自导系统设计、缩短声自导系统研制周期、节省研制费用有着一定的作用。
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