一种微机控制的多通道声呐信号模拟器的研制

　　1　引言

　　声呐信号模拟器在水声工程领域有着广泛的用途。由于声呐系统在设计和研制过程中,必须反复试验、检查其性能,海上或湖上等水下试验具有测试声呐系统及各功能分机性能的最佳效果,但这需要投入大量的人力、物力并受各方面因素的制约不能经常进行。由电路的办法来模拟产生水下接收换能器的信号,这对于系统的半物理仿真和系统调机以及检验声呐设备的性能是非常有用的,模拟器正是为适应这一要求而设计和制造的,它可缩短整个声呐系统的研制周期,节省各种试验费用。随着微机的发展和大规模集成电路的应用,使得模拟器的研制技术和方法得到扩展和更新。本文给出的模拟器是为海底地形测绘声呐系统(条带测深仪)而研制的,因而具有实用价值。

　　2　信号功能和仿真物理模型

　　2.1　信号功能

　　该模拟器可产生32个通道的信号,主要用于发射机激励信号源和实验室(或陆上验收时)条件下对接收机和信号处理分机进行性能调试的模拟器。由于条带测深仪接收的是海底混响信号,模拟的回波信号为海底混响。模拟器有45kHz,6.85kHz两种工作频率,模拟信号包括:

　　*各路信号的相位和幅度可程控的连续正弦波信号。

　　*简化模型的海底混响信号。

　　*具有一定信噪比,随深度变化的海底混响信号。

　　以上均产生两种频率的信号,分别供接收机和处理器使用。

　　*多参数可变的cw脉冲信号,信号的频率45kHz,周期、幅度、脉宽、相位信息可程控,各路间一定的相角间隔用于对船的纵摇补偿,输出的信号用作发射机激励信号。

　　2.2　海底混响仿真物理模型

　　根据单元散射的模型,散射单元在接收基阵指向性角覆盖范围内均匀分布,每个单元包含有大量的散射体,每一个散射体对于入射的声信号都会产生反向散射波,接收换能器在tj时刻接收到的海底混响乃是该时刻所有有贡献的反向散射波的总和,散射体反向散射波的迭加过程如(1)式所示,设接收到的海底混响信号为y(t),则在tj时刻有

　　N为tj时刻有贡献的散射体的个数,yi(t)为第i个反向散射信号,不同的散射体所产生的散射波的幅度与附加相移是不同的,不同时刻参与迭加的散射波不尽相同,有贡献的散射体的个数也是不同的,这一切都是随机的,随着时间的增加,有贡献散射体与接收基阵的距离不断增加,反向散射波掠射角不断减小,使接收点海底混响的强度下降很快,这一切构成了海底混响信号形式上的基本特征。根据发射cw脉冲信号产生混响过程,将海底混响在空间上的分布转换为时间序列上的分布,提出如下模拟信号的物理模型: