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参量阵声纳回波信号模拟器设计_论文

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E l e c t r o n i c   t e c h n o l o g y● 电子技术  参量阵声纳 回波信号模拟器设计  文/ 张磊 磊 郭宪军 潘谢 帆 姚新  本文 所设 计 的信 号模 拟 器基  于参 量发 射 声纳 ,能 够对 多 目标  的信 号 回波 进行 模拟 。通 过建 立  阵元 域信 号 的数 学模 型,提 出 了   基 阵模 拟 器 的软硬 件 设计 方 法。   对 模 拟 器信 号的 处理 结果表 明该  模 拟 器对 不 同信 号、 多个 目标 的  设 计有 效 ,能 够应 用 于声纳 设备  的 实验 室联调 和 测试 ,具有 实时  性 强和 人机 交互 性强 等特 点 ,为   水 声设 备 的试验 与鉴 定 提供 了经  济 便 捷 的手 段 。   【 关键词 】信 号模拟器 参量发射 多 目标 信  号 回波 数 学模型  -,r   O   x   1 引言  * 年来 ,随着 我 国海 洋开 发和 国防 建设  的发展 ,声纳设 备的研 究越 来越受到重视 。由  于声纳 的使用 环境是海洋,其性能指标是否达  到设计要求 ,需要通 过实际的使用才能得出结  论 。像所有大型 设备 一样 ,实验室的测试是必  不 可 少 的 ,这 就 需要 研 制 一 种 可 以测 试 声 纳 系  图1 : 目标运 动 示 意 图  统性能的设备 ,声纳信 号模拟器就是 为此 而提  出。研制声纳信号模拟器一方 面可 以测试 系统  、   、   \   性 能,验证设计思想是 否正确 ,是 否达 到预期  \   T L  \   \   目标;另一方面可 以在实验室条件 下进行系 统  联 调 ,减 少 大 量 的 外 出 试 验 , 节 约 成 本 。   本 文 设计 的信 号模拟 器为 参量 发射 声纳  信 号模拟器,能够 同时模拟 多个运动 目标在 不  同距 离和方位上的回波信号 ,满足设备调试 需  要。   2 阵元信号数学模型  2 . 1 目标 轨 迹模 型  目标 类型 分为 静态 目标 和动 态 目标,可  根据 目标起 始和终止位置判断 。若计算得到 当  前 目标起始位置 与结束位置间距为零 ,则为静  图2 :接 收信 号示意图  态 目标 。不 同时刻 目标位 置参 数保 持不 变 ,   R ( i ) = Ro 、0 ( i ) = 0 。 盘  目标起始 与结束位置间 的  J批 次 目标起 始 位置 坐标 P 1(  。 , e l   ),结 束  距离不为零 则为 动态 目标, 由于模拟 目标为水  位置 坐标 P 2(  , o 1   ), 目标 速度为  ,可 以  下慢速运动 目标 ,故可假设 目标做匀速直线运  得到 目标任一时刻 的位置 P(  ( t ) ,o J ( t ) )如下:   上式 中:   ( t ) = R J l c o s 0 J l +  ̄ J 】 c o s 0 0   ( 3 )   ( 4 )   )   ( 5 )   R j   ( t ) =  l s i n 0 j l + v J l t s i n 0 0   =a   动,根据 目标速度计算 可得其运动轨 迹。图 1   给 出 了 目标 的 运 动 示 意 图 。   Rj ( r ) =   0 J ( t ) = a r c o s { R j   ( t ) / W  ( t ) }   ( 1 )   ( 2 )   如图 1所示 ,以基阵为坐标原点 ,假设第  E l e c t r o n i c   T e c h n o l o g y &S o f t w a r e   E n g i n e e r i n g 电子 技术 与软 件工 程 ? 1 5 3   电子技术 ? E l e c t r o n i c   t e c h n o l o g y   A  m  P   N L   ▲ /  . \   图3 :接 收噪声示意图   由式 ( 1 ~2 )可 知 目标 每 一 时 刻 的距 离  的间距 比较大时,可认为各通道接收的噪声彼  此互不相关,故可 以认为各阵元接收的噪声均  为 高 斯 白噪 声 。 如 图 3所 示 。   _ - — - - - _   ● _   信息和方位信息, 由此可判断 目标回波出现位  置和通道之间的时延。   2 . 2 目标 回 波模 型  I   I   不 同的环境 条件 下 噪声谱 级 不同,模 拟  环境噪声谱级应具有可调性 。换能器输入噪声  I   l   I   I   本模 拟 器 模 拟 信 号 为 接 收 机 输 出 端 信  号,如 以收 发合 置声 纳 为例 ,建 立 声纳接 收  信号模 型如 图 2所示 ,发 射声源 级为 S L, 目   标强度 T S , 则 换 能 器 接 收 端 的 回 声 信 号 级 为  级为NL = S P L +l 0 l g ( △ D, 其 中, S P L为噪声谱级 ,   △ f 为接收带宽, 噪声调节系数 c c 的计 算由式 ( 8 )   得到:   NL + L MD+ Amp = 1 0 1 g ( a P   )   ( 8 )   l   I   f   l   S L一2 T L + T S ,经 过换能器和 接收机后最 终输  出:   N( t ) =   。 ( t )   ( 9 )   P   为接 收 带 宽 内噪声 N 。 ( t ) 的功 率,N ( t )   E L = S L一2 T L + T S + L MD + Amp   ( 6 )   为经过调节之后的噪声 。   其中 L MD为接 收灵敏度级 ,A mp为接收 


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