一种高精度水下目标回波模拟技术的研究

　　1　引言

　　在水声对抗中,声呐应答器已经成为一项必不可少的装备[1],声呐应答器能够应答主动声呐的发射信号,以模拟真实潜艇的目标反射特性。声呐应答器可以作为一个假目标来诱骗敌方声呐,也可作为一个点源靶,配合我方声呐进行反潜训练。近年来,随着国内外新一代高性能声呐陆续投入装备,老式声呐应答器存在的精度低、工作方式单一、操作困难以及缺乏测量和记录功能的缺点使得它们已经不能满足当前的需要。针对研制新型应答器信号处理系统的需要,在对程控增益控制、脉冲信号参数测量、程控应答信号产生以及人机接口等关键技术进行研究的基础上,提出了一种新型高精度、多功能的水下目标回波模拟技术。

　　2　技术设计

　　目前声呐技术的发展使得高精度水下目标模拟器应满足以下要求:具有更大的动态范围以适应新型声呐日益增加的作用距离;能够更精确地以更小的步长来模拟目标回波的目标强度、多普勒频移和脉冲展宽;能够精确地测量并记录输入、输出信号的各项参数,以便试后回放。在对以上功能和现有技术储备进行了仔细研究后,确定声呐应答器信号处理机应满足以下参数:输入信号动态范围:60dB;虚警率:3%;检测率:96%;目标强度:0～25dB(可设定),1dB/档;目标多普勒:-30～+30kn(可设定),1kn/档;脉冲展宽可设定;周期、脉宽和频率等参数的测量误差分别应小于2%、10%和1%。

　　声呐应答器信号处理机共有三种工作方式:转发方式、触发方式、以及自检方式。当处理机工作于转发方式时,系统将接收到的声呐脉冲信号通过A/D转换保存在RAM中,发射时再从RAM里取出数据。这种方式很好地保存了接收声呐信号的信息,但不能对应答波形进行脉冲展宽。在触发工作方式时,系统首先根据测量模块测得的信号参数估计声呐信号的形式,一旦获得信号形式,则根据设定的参数产生一个脉冲信号以模拟目标的反射回波。触发方式能够灵活地产生各种所需要的信号形式,但它的各项参数需要以输入信号的测量结果为依据,不可避免地受到测量误差的影响。当系统工作于自检方式时,由触发信号产生模块产生一定周期的声呐脉冲信号,经过固定衰减后施加于系统的输入端,系统对该输入信号进行回波转发,此时可以通过观察上位机所显示的输入及输出信号的参数来判断系统是否处于正常工作状态。

　　3　系统工作原理与组成

　　系统的原理框图如图1所示。各个功能模块在系统中的作用及工作原理叙述如下。

　　3.1　程控增益控制

　　根据拟定的技术要求,处理机应具有的动态范围为60dB,但是任何信号检测电路和A/D转换都具有有限的动态范围,所以必需采取动态范围压缩技术。而应答器信号处理机与普通水声接收机的不同之处在于它必把接收到的直达信号信息完整地保存起来[2],而后进行转发操作。这就要求系统必须保存对脉冲信号的压缩量,以便在进行信号恢复时使用。在增益控制模块和恢复模块,采用了12bit的D/A转换器AD7545作数控衰减器,它具有72dB的动态范围,能够满足动态范围压缩的需要。它的衰减量为,N为压缩码。一旦增益控制的工作过程和动态范围定下来,压缩码与恢复码之间的关系即确定。在目标强度为0dB的情况下,输入信号Vi的幅度应等于输出信号Vo的幅度,即: