相关测速声呐软硬件系统设计

　　相关测速声纳[1]采用由一个发射阵元和多个接收阵元构成宽波束开角的平面阵，各接收阵元两两之间构成一对空间矢量。发射阵元垂直向下发射延时为某一值时其自相关函数出现峰值的伪随机编码序列脉冲[2][3]。多个接收阵元同时接收回波信号，通过计算各接收阵元两两之间的数据时空相关函数，并套用理论时空相关函数进行最优化拟合，估计出载体( 船舶、潜艇等) 相对海流或海底的速度[4]。

　　在建立理论体系、完善设计思想和信号处理方法的基础上[5]，可以搭建相关测速声纳的实时工作系统，该系统由硬件和软件两部分组成。硬件系统分为水下分机和水上分机，软系统包括终端软件，控制软件和处理软件。

　　1 硬件系统设计

　　相关测速声纳的硬件系统一般包括内置前放和各种传感器的换能器阵、专用水密多芯电缆、模拟分机、SHARC DSP 处理机、数字显示终端等组成，可大致分为 2 部分: ①水下分机，也称为湿端; ②水上的电子机箱，也称为干端。换能器基阵采用均匀阵阵形; 发射机、接收机、通用 SHARC DSP 处理机，再结合数字显示平台，用于完成信号的发射、接收和采集、存储、处理和显示等。另外，整个系统还包括一些辅助设备，比如GPS、电罗经等。图 1 给出了某项目中相关测速声纳的具体硬件组成示意图。

　　2 软件系统设计

　　相关测速声纳软件的工作流程如图 2 所示。其中，系统自检在软件系统启动时自动进行，之后软件顺序执行信号发射控制、回波采集、数据处理以及结果的显示和保存等，周而复始。

　　为了开发维护的方便，我们将相关测速声纳软件系统分为3 部分[6]，如图3 所示: ①终端软件，也称为人机交互软件，用于实现操作人员对系统工作参数的设置、向处理器发送声纳工作控制命令、处理结果的显示以及原始数据的存储等功能; ②控制软件，用于从终端软件接收参数和工作命令、控制声纳系统的硬件协调工作、信号发射和回波数据采集、结果数据整理以及传感器数据接收等功能; ③处理软件，用于发射信号选择、信号检波判断、三维速度估计以及实时信息和控制参数获取等功能。

　　3 终端软件

　　相关测速声纳的终端软件与相关测速声纳实时控制和处理软件紧密配合，主要用于实时控制、参数设置以及部分结果的实时显示，其界面如图 4 所示，界面上方为控制设置区，中间部分为数值显示区，下方为波形显示区。终端软件包括控制设置、数值显示、航迹和速度的图形显示等功能。