水声目标模拟器的设计与实现

　　0 引言

　　在水下自导系统的开发过程中,需要一种设备模拟目标的回波,辅助完成自导系统的调试,实验参数设定。为更好地满足上述要求,模拟器应当能接收检测出实际自导系统的探测信号,获取自导信号的相关参数,产生目标回波信号。本文介绍了一种基于DSP以及MCU的低功耗实时多用途水下目标模拟器,该目标模拟器具有小型化,实时的特点,能够自主独立地工作在设备调试及实验现场,为实际自导系统的调试,实验,性能测量提供便利。该目标模拟器的参数可以通过上位机实时设定,大大提高了系统灵活性。与普通目标模拟器不同,本文设计的模拟器可作为水声应答设备,整体布放于水下环境,不但能够应用于对目标回波信号的模拟,还可应用于各类声学实验,大大拓展了应用范围。目前该目标模拟器目前该系统已成功应用于水下自导系统的开发,以及消声水池实验,以及湖上实验,性能满足实际需求。

　　1 系统结构设计

　　目标模拟器主要由换能器,模拟信号预处理模块,数字处理模块,功放,上位机接口五部分组成,其中换能器模块负责将声信号与电信号间的相互转换,模拟预处理模块完成对原始信号的调理,包括信号滤波,放大以及检波。调理后的信号经过A/D转换后送入信号处理模块,信号处理模块负责目标的检测,以及目标参数解算,并将解算的结果送入信号发生模块,用于产生模拟的目标回波。系统组成框图如图1所示。

　　1.1 模拟信号预处理模块

　　预处理模块的输入信号十分微弱,并且有很大的起伏,大致为几微伏到几百毫伏不等。这就需要对输入信号进行调理放大,滤除信号频带外的噪声,为后级的数字处理提供满足要求的信号。模拟信号处理模块由前置放大,带通滤波器, AGC控制,放大检波模块五部分组成。考虑系统需要准确地获得接收信号的幅度,用于产生模拟回波信号,因此在预处理模块中不能简单的采用AGC电路。为此在预处理模块设计了4通道检波放大,各通道的增益不同,从而实现对大动态范围的处理。而AGC信号仅用于试验台的观测。此外,系统采用了集成连续时间有源滤波器,避免了开关电容滤波器所需时钟信号对系统的串扰。模拟预处理模块组成框图如图2所示。

　　1.2 数字信号处理模块

　　数字信号处理模块是整个模拟器系统的核心,它负责接收目标信号的有效性检测,目标参数解算包括频率,脉宽,幅度等,并根据需要在上述目标信息的基础上,叠加需要模拟的目标信息,控制信号发生模块,产生模拟目标信号。出于系统功耗以及稳定性的考虑,系统采用超低功耗MCU-MSP430F1611以及低功耗DSP-TMS320VC5509A为核心的方案。MCU与DSP间的数据交互采用高速SPI协议。