一种深远海低频大功率水声应答系统及其实现方法技术方案

本发明专利技术公开了一种深远海低频大功率水声应答系统及其实现方法,包括接收换能器、发射换能器、综合处理模块、功率放大模块和显示操作模块，接收换能器通过水密线缆与综合处理模块连接，发射换能器通过水密线缆与功率放大器连接，综合处理模块与功率放大模块通过信号连接；综合处理模块由通道切换开关、信号调理采集模块、信号处理子模块、信号生成发射控制子模块和电源模块组成，声信号进入综合处理模块后先通过通道切换开关进行单路或双路接收换能器并联切换。本发明专利技术综合实现了深远海复杂环境应答、直达波脉冲级的实时解算、数据实时存储、数据回放等功能。数据回放等功能。数据回放等功能。

【技术实现步骤摘要】
一种深远海低频大功率水声应答系统及其实现方法

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[0001]本专利技术涉及声纳试验
，具体涉及一种深远海低频大功率水声应答系统及其实现方法。

技术介绍
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[0002]随着声纳装备发展向着低频、大功率、多功能逐步推进，装备性能的验证往往需要在实际海洋环境、实际目标的配合下完成。考虑到不同环境条件的复杂性，大尺度目标由于其自身隐蔽性要求高，较难长时间配合水面装备性能验证，难以摸清声纳装备的性能边界与使用效能。由此，急需一种水声应答系统，可在实际海洋环境下，通过接收声纳装备发射的直达波，模拟不同反射特性、具备运动要素特性的潜艇(或鱼雷等)目标声反射回波，或模拟发射具有特定频谱特征的潜艇(或鱼雷等)目标辐射噪声，满足声纳设备探测性能验证需求，支撑日益增加的边界性能科研试验需求。
[0003]常规的方法是采用与实际探测对象反射强度相符的特质球体作为被探测目标，试验船拖带目标球体模拟实际目标，游速抵近声纳设备的水下基阵，在显控台上实时显示目标状态信息，从而来验证声纳设备目标探测性能。现有技术虽然解决了声纳设备目标探测试验技术经济问题，但无疑增加了试验实施的复杂度，面对高等级海况、深远海等复杂环境条件，配合球体难以控制深度、姿态及运动要素，无法支撑科研试验的实施。现有的水声应答器虽然很成熟，但是功能单一，存在近距离虚警高、远距离无法应答的显著问题。

技术实现思路
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[0004]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种深远海低频大功率水声应答系统及其实现方法，该系统具备自动应答、程控应答、手动应答和潜艇辐射噪声模拟等四种工作方式，模拟不同反射特性、具备航速特性的潜艇目标声反射回波，模拟发射特定频谱特性的潜艇辐射噪声，综合实现了深远海复杂环境应答、直达波脉冲级的实时解算、数据实时存储、数据回放等功能。
[0005]本专利技术的技术解决方案是，提供一种深远海低频大功率水声应答系统,包括接收换能器、发射换能器、综合处理模块、功率放大模块和显示操作模块，接收换能器通过水密线缆与综合处理模块连接，发射换能器通过水密线缆与功率放大器连接，综合处理模块与功率放大模块通过信号连接；
[0006]综合处理模块由通道切换开关、信号调理采集模块、信号处理子模块、信号生成发射控制子模块和电源模块组成，声信号进入综合处理模块后先通过通道切换开关进行单路或双路接收换能器并联切换；然后进入信号调理采集模块进行信号调理和采集；以及通过信号处理子模块对采集的数据进行解包和相关处理后实时计算出应答信号参数和脉冲信号级，并打包存储此段信号到缓存中；然后通过信号生成发射控制子模块生成应答信号。可选用高灵敏度接收换能器，提高第一级声电转换的强度。信号调理采集模块采用全差分仪表放大器降低接收电路噪声，利用高阶带通滤波器提高接收信号的选频特性，采用宽范围
程控放大器提高接收信号的动态范围。通过信号调理采集模块将接收数据实时送入主控处理模块完成信号解算、匹配滤波、信号生成和数据送显等运算处理。
[0007]作为优选，功率放大模块包括发射模块和二次匹配模块。
[0008]作为优选，发射模块包括发射模块1、发射模块2和发射模块3。发射换能器及功率放大模块组成发射功能系统，采用多组线性功放模块串联
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输出二次匹配方式，实现低频大功率高源级的信号应答。
[0009]本系统具备自动应答、程控应答、手动应答和潜艇辐射噪声模拟等四种工作方式，可模拟不同反射特性、具备航速特性的潜艇目标声反射回波，可模拟发射特定频谱特性的潜艇辐射噪声，集成深远海复杂环境应答、直达波脉冲级的实时解算、数据实时存储、数据回放等功能于一体，满足高精度、高稳定性、高效率目标模拟需求，最大程度让模拟目标回波接近真实目标特性。它具有高精度、高稳定性、高效率、全自动应答的特点，有效解决了常规的方法在复杂环境下无法实施和传统水声应答器近距离虚警高，远距离无法应答的问题。
[0010]本专利技术还提供一种深远海低频大功率水声应答系统的实现方法，包括
[0011]S1，接收数据实时获取，所述接收收据实时获取包括以下步骤，
[0012]S1.1，接收换能器通过水密连接器水密电缆接入干端综合处理模块；
[0013]S1.2，声信号进入综合处理模块后首先通过通道切换开关进行单路或双路接收换能器并联切换，进入信号调理采集模块的第一级低噪声差分仪表放大器进行第一级放大，再进入第二级程控放大器对信号进行放大或者缩小，提高信号输入的动态范围；
[0014]S1.3，再进入第二级程控放大器输出后进入高阶带通滤波器进行滤波，获取带内信号滤除带外信号，提高信噪比；
[0015]S1.4，滤波后的带内单端信号通过一级单端转差分低噪声仪表放大器进一步提高抗干扰能力后送入高精度差分ADC,进行模数转换；
[0016]S1.5，信号调理采集模块将模数转换的数据进行打包实时送到网络数据组；
[0017]S2,接收数据实时处理,所述接收数据实时处理包括以下步骤，
[0018]S2.1，信号处理子模块接收网络数据组中的实时采集的数据，并对其进行解包处理；
[0019]S2.2，对解包后的声数据实时存储到大容量EMMC存储器中并同步进行高阶FIR滤波、加窗处理、FFT计算、匹配滤波、相关匹配计算和门限计算等处理；
[0020]S2.3，信号处理子模块通过上述相关处理后，实时计算出应答信号参数和脉冲信号级，并打包存储此段信号到缓存中；
[0021]S2.4，将相关计算的数据通过网络进行实时送显；
[0022]S2.5，操作者根据送显的数据进行应答模式、应答触发门限、接收/发射MGC和目标速度模拟和应答发射时延等相关参数进行设置；
[0023]S2.6，各项参数设置完成后，设备进入工作模式，当选择自动应答方式时无需人为干预，全程由信号处理子模块自动完成信号解算、结果输出，并把接收的整段信号打包发送到信号生成发射控制子模块，数据传输完成后根据设置的应答强度参数自动启动发射，当选择程控应答方式时无需人为干预，全程由信号处理子模块自动完成信号解算、结果输出和应答发射启动包络等送入信号生成发射控制子模块，信号生成发射控制子模块根据收到
解算出来的参数自动生成对应的应答信号，再根据发射启动包络进行发射输出。当选择手动应答方式时，需要人工干预，人工需手动设置参数和启动发射进行应答；
[0024]S3，应答信号生成及控制,所述应答信号生成及控制包括以下步骤，
[0025]S3.1，当选择自动应答方式时无需人为干预，信号生成发射控制子模块实时接收信号处理子模块发送过来的整段原始信号数据，数据传输完成后根据设置的应答强度参数自动启动发射，将数据打包送到高精度DAC数据缓冲区，当选择程控应答方式时无需人为干预，信号生成发射控制子模块根据收到解算出来的参数自动生成对应的应答信号再根据设置的应答强度参数自动启动发射，将数据打包送到高精度DAC数据缓冲区，当选择手动应答方式时，需要人工干预，信号生成发射控制子模块根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深远海低频大功率水声应答系统,其特征在于：包括接收换能器、发射换能器、综合处理模块、功率放大模块和显示操作模块，接收换能器通过水密线缆与综合处理模块连接，发射换能器通过水密线缆与功率放大器连接，综合处理模块与功率放大模块通过信号连接；综合处理模块由通道切换开关、信号调理采集模块、信号处理子模块、信号生成发射控制子模块和电源模块组成，声信号进入综合处理模块后先通过通道切换开关进行单路或双路接收换能器并联切换；然后进入信号调理采集模块进行信号调理和采集；以及通过信号处理子模块对采集的数据进行解包和相关处理后实时计算出应答信号参数和脉冲信号级，并打包存储此段信号到缓存中；然后通过信号生成发射控制子模块生成应答信号。2.根据权利要求1所述的深远海低频大功率水声应答系统，其特征在于：功率放大模块包括发射模块和二次匹配模块。3.根据权利要求2所述的深远海低频大功率水声应答系统，其特征在于：发射模块包括发射模块1、发射模块2和发射模块3。4.一种深远海低频大功率水声应答系统的实现方法，其特征在于，包括S1，接收数据实时获取，所述接收收据实时获取包括以下步骤，S1.1，接收换能器通过水密连接器水密电缆接入干端综合处理模块；S1.2，声信号进入综合处理模块后先通过通道切换开关进行单路或双路接收换能器并联切换，进入信号调理采集模块的第一级低噪声差分仪表放大器进行第一级放大，再进入第二级程控放大器对信号进行放大或者缩小；S1.3，再进入第二级程控放大器输出后进入高阶带通滤波器进行滤波，获取带内信号滤除带外信号，提高信噪比；S1.4，滤波后的带内单端信号通过一级单端转差分低噪声仪表放大器进一步提高抗干扰能力后送入高精度差分ADC,进行模数转换；S1.5，信号调理采集模块将模数转换的数据进行打包实时送到网络数据组；S2,接收数据实时处理,所述接收数据实时处理包括以下步骤，S2.1，信号处理子模块接收网络数据组中的实时采集的数据，并对其进行解包处理；S2.2，对解包后的声数据实时存储到EMMC存储器中并同步进行高阶FIR滤波、加窗处理、FFT计算、匹配滤波、相关匹配计算和门限计算；S2.3，信号处理子模块实时计...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶明珠，徐慧，冯金鹿，陈祥，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一五研究所，
类型：发明
国别省市：