[發(fā)明專利]水聲場信號實時產(chǎn)生器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010270714.6
• 申請日: 2010-09-02
• 公開（公告）號: CN101957445A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王希敏;蔡志明;姚直象;郭瑞;幸高翔;張衛(wèi)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52;G01S7/524
• 代理公司: 武漢開元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水聲場信號實時產(chǎn)生器。

背景技術(shù)

在聲納維修過程中，聲納接收傳感器和發(fā)射換能器已經(jīng)完全脫離了它賴以正常工作的海洋環(huán)境。由于聲納接收傳感器在空氣中不能產(chǎn)生信號，一般無法在車間條件下按整機性能指標(biāo)檢查聲納，也無法在下水前對聲納大中修級別的修理質(zhì)量進行控制。

在聲納研制過程與保障性綜合測試中，也經(jīng)常需要虛擬的傳感器陣元級聲場信號。該信號是包括艦艇輻射噪聲、水下目標(biāo)回波、海洋環(huán)境噪聲、海洋混響、外部聲納偵察脈沖等多種聲場時間序列的綜合信號。

在聲納模擬作戰(zhàn)訓(xùn)練中，更需要仿真的傳感器陣元級聲場信號。該綜合聲場信號要能匹配海洋環(huán)境條件(海區(qū)深度、海面波高、聲速剖面、海底底質(zhì))、要能關(guān)聯(lián)聲納工作參數(shù)(頻段、發(fā)射波形等)、要能體現(xiàn)敵我雙方的幾何態(tài)勢與工況(航向、航速等)。

現(xiàn)有的各型聲納通常配置了“聲納基陣信號模擬器”。這類信號源雖屬于可控的多通道陣元級聲場信號產(chǎn)生器，但是其聲場信號的種類較少(只有寬帶輻射噪聲與背景均勻噪聲，沒有混響等信號形式)，信號形式固定(只有固定目標(biāo)，沒有運動目標(biāo)或運動形式簡單)，信號形式單一(低頻警戒信號、高頻偵察信號等多種信號不能混合)，因此不能用作復(fù)雜的聲納性能測試。并且，這些傳統(tǒng)的信號產(chǎn)生器都是按聲納型號專門研制的，對不同型號聲納不具備通用性。“不通用”造成設(shè)備系列化成本開銷，也造成開發(fā)人力資源與時間的浪費，還造成多通道聲場信號產(chǎn)生軟件維護升級成本的大幅度上升。

因此，需要有一種可通用的信號實時產(chǎn)生器，其可以產(chǎn)生復(fù)雜的多通道特殊信號，同時滿足各種型號聲納的需求。這種通用性需求通常以數(shù)字技術(shù)與軟件技術(shù)方式實現(xiàn)。由于信號處理技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)在一般以通用處理器(GPU)或?qū)Ｓ眯盘柼幚砥?DSP)承載信號產(chǎn)生模型與算法，由于需要實時在線產(chǎn)生多路信號，則要求強大的并行計算能力與足夠的數(shù)據(jù)吞吐量，通常需要多片專用DSP構(gòu)成高效互連的并行機。在任務(wù)并行性與功能通用性兼顧的情況下，容易發(fā)生死鎖等不穩(wěn)建行為。

因此，亟待提供一種改進的聲場信號實時產(chǎn)生器以克服上述缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、運行穩(wěn)定且可以通用于各種不同型號聲納的水聲場信號實時產(chǎn)生器。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種水聲場信號實時產(chǎn)生器，其包括多個信號樣本生成模塊、信號合成模塊、第一數(shù)據(jù)緩沖器、第二數(shù)據(jù)緩沖器、FIFO緩沖器、幀中斷同步脈沖產(chǎn)生器和硬時鐘產(chǎn)生模塊。所述多個信號樣本生成模塊用于產(chǎn)生各種類型的信號波形；所述信號合成模塊用于將所述信號樣本生成模塊產(chǎn)生的信號波形混合后輸出；所述第一數(shù)據(jù)緩沖器用于接收并轉(zhuǎn)發(fā)所述信號合成模塊產(chǎn)生的多路混合波形；所述第二數(shù)據(jù)緩沖器用于接收并轉(zhuǎn)發(fā)所述信號樣本生成模塊產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；所述FIFO緩沖器用于接收所述第一數(shù)據(jù)緩沖器轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)并將其輸出；所述幀中斷同步脈沖產(chǎn)生器用于監(jiān)測所述FIFO緩沖器的狀態(tài)，根據(jù)所述FIFO緩沖器的狀態(tài)產(chǎn)生同步脈沖信號，并將所述同步脈沖信號發(fā)送給所述第一數(shù)據(jù)緩沖器和第二數(shù)據(jù)緩沖器作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間基準(zhǔn)；所述硬時鐘產(chǎn)生模塊用于為所述信號樣本生成模塊和所述FIFO緩沖器提供時間基準(zhǔn)。

本發(fā)明的水聲場信號實時產(chǎn)生器以硬時鐘產(chǎn)生模塊產(chǎn)生的硬件時鐘作為整個系統(tǒng)的統(tǒng)一時間基準(zhǔn)，F(xiàn)IFO緩沖器以該時間基準(zhǔn)來傳輸數(shù)據(jù)，由于FIFO輸出數(shù)據(jù)是受硬件時鐘控制，因此不會被軟件停止。當(dāng)其中的數(shù)據(jù)流出一定值或其底部空標(biāo)志為空時，幀中斷同步脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生一個同步脈沖信號，該同步脈沖信號作為信號樣本生成模塊和信號合成模塊的中斷信號，進而同步第一數(shù)據(jù)緩沖器和第二數(shù)據(jù)緩沖器中數(shù)據(jù)幀的傳輸，從而實現(xiàn)了硬件同步。由于采用了硬件同步，只要中斷不被嵌套、并行計算實時性滿足，數(shù)據(jù)流就不會中斷。即使混合后的波形不正確，或者因為并行通信鏈路上的意外而未被送達第一數(shù)據(jù)緩沖器中，打入FIFO緩沖器的數(shù)據(jù)流也不會間斷，因而幀同步不會消失，系統(tǒng)也不會死鎖。此外，所述水聲場信號實時產(chǎn)生器采用了流水線式設(shè)計，各種信號數(shù)據(jù)被一級一級地輸出，在幀律脈動式的推進過程中，分布式地完善計算并實現(xiàn)通信時延的隱藏，由此實現(xiàn)計算系統(tǒng)的高數(shù)據(jù)吞吐量。

優(yōu)選地，所述第一數(shù)據(jù)緩沖器和第二數(shù)據(jù)緩沖器均為乒乓緩沖器，所述乒乓緩沖器以所述幀中斷同步脈沖產(chǎn)生器產(chǎn)生的同步脈沖信號為跳轉(zhuǎn)條件。