【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 海學(xué)院 3 – 線譜信號(hào)的頻率精度： 10? Hz； f. 海底介質(zhì)類型：沙、淤泥、卵石； g. 海深及海況：海深 100～ 1000m ；海況 ≤ 5 級(jí)海況 。 h. 背景噪聲：白噪聲、海洋環(huán)境噪聲，信噪比可變； i. 數(shù)據(jù)更新率為 40ms； j. 聲場(chǎng)仿真的理論置信度不小于 90％，實(shí)際置信度不小于 70％； (3) 主被動(dòng)浮標(biāo)工作模式下的性能要求 a. 主動(dòng)浮標(biāo)個(gè)數(shù)： 1； b. 被動(dòng)全向浮標(biāo)個(gè)數(shù)： 1～ 6； c. 目標(biāo)誤差：方位誤差為不大于 176。，距離誤差不大于 ％； d. 水文條件：中等水文條件； e. 目標(biāo)潛艇：個(gè)數(shù)為 1～ 2，航速為 0～ ? 40 節(jié)，目標(biāo)水平變化為 0~? 60176。，潛艇聲發(fā)射特性為 3 亮點(diǎn)模型； k. 主動(dòng)浮標(biāo)信號(hào)體制：脈沖寬度為 160ms，信號(hào)形式為 CW 信號(hào)或 LFM 信號(hào)，信號(hào)頻率范圍 ～ ；信號(hào)的頻率精度： 10? Hz；工作周期為 6s；聲源級(jí)為 185dB； l. 海底介質(zhì)類型：沙、淤泥、卵石； m. 海深及海況 ：海深 100～ 1000m ；海況 ≤ 5 級(jí)海況 。 n. 背景噪聲：白噪聲、海洋環(huán)境噪聲、混響。信噪比可變； o. 數(shù)據(jù)更新率為 40ms； p. 聲場(chǎng)仿真的理論置信度不小于 90％，實(shí)際置信度不小于 70％。 吊放聲納激勵(lì)裝置的性能指標(biāo) a. 吊放聲納基陣流形：圓柱陣； a. 陣元數(shù)： 96，每周 12 個(gè)，共 8 周； b. 潛艇目標(biāo)：個(gè)數(shù) 1～ 2 個(gè)，航速為 0～ 40? 節(jié)，目標(biāo)水平變化為 0～ 060? ，潛艇聲發(fā)射特性為 3 亮點(diǎn)模型； c. 主被動(dòng)信號(hào)的頻率精度： 10? Hz； d. 海深及海況：海深 100～ 1000m ；海況 ≤ 5 級(jí)海況 。 e. 海底介質(zhì)類型：沙、淤泥、卵石； f. 吊放聲納水平方位誤差：不大于 176。； g. 主動(dòng)吊放聲納的距離誤差：不大于 ％； h. 背景噪聲：白噪聲、海洋環(huán)境噪聲、混響，信噪比可變； i. 模擬距離變化： 0～ 10km； j. 主動(dòng)聲納脈沖寬度 10ms～ 400ms，信號(hào)形成為 CW 信號(hào)和 LFM 調(diào)頻信 聲納激勵(lì)裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 4 – 號(hào)，信號(hào)頻率范圍 ～ 。工作周期為 ～ 12s，聲源級(jí) 220dB； k. 聲場(chǎng)仿真的理論置信度不小于 90％，實(shí)際置信度不小于 70％。 接口性能指標(biāo) a. 硬件接口 ? 電源接口： 220V? 10％， 50Hz? 1Hz； ? 以太網(wǎng)接口，電氣特性符合 ITU－ ，通信協(xié)議符合 ，波特率 100Mbps 以上； b. 軟件接口： ? 詳細(xì)接口控制定義將在接口控制文件中描述。 聲納激勵(lì)裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 5 – 2 聲納激勵(lì)裝置的組成和工作原理 聲納激勵(lì)裝置的硬件總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 所示，機(jī) 柜與試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的尺寸和顏色保持一致，其中嵌入式系統(tǒng)采用 CPCI 總線結(jié)構(gòu)。 CPCI 嵌入系統(tǒng)內(nèi)包括 CPCI 機(jī)箱及電源模塊、 CPU 模塊、 DSP 模塊等，其結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 聲納激勵(lì)裝置的組成 根據(jù)聲納激勵(lì)裝置的技術(shù)協(xié)議，聲納激勵(lì)裝置應(yīng)具備聲納浮標(biāo)和吊放聲納兩種聲場(chǎng)的模擬功能，因此，聲納激勵(lì)裝置具有計(jì)算任務(wù)繁重，實(shí)時(shí)性要求高，通信數(shù)量率高等特點(diǎn)。為了在項(xiàng)目總經(jīng)費(fèi)預(yù)算范圍，實(shí)現(xiàn)聲納激勵(lì)裝置的功能要求和技術(shù)指標(biāo)，聲納激勵(lì)裝置采用系統(tǒng)集成和自研相結(jié)合的方法來設(shè)計(jì)。其硬件組成框圖如圖 3 所示。系統(tǒng)組成清單如表 1 所示 。 圖 聲納激勵(lì)裝置的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖 聲納激勵(lì)裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 6 – 聲 納 激 勵(lì) 裝 置C P C I 主 板C P C I 機(jī) 箱D S P 模 塊液 晶 顯 示 器C P C I 嵌 入 式 系 統(tǒng)機(jī) 柜鼠 標(biāo)鍵 盤A C 模 塊 化 電 源圖 聲納激勵(lì)裝置的硬件組成示意圖 表 聲納激勵(lì)裝置的設(shè)備清單 名稱 型號(hào)，規(guī)格 數(shù)量 /個(gè) 備注 機(jī)柜 19 英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜 1 購買 19 寸液晶顯示器 飛利浦 193E1SB/93 1 購買 鼠標(biāo) 1 購買 鍵盤 1 購買 CPCI 機(jī)箱 研華 CMIC3001A/8MF 1 購買 CPCI 主板 研華 CMIC3321D0E 1 購買 DSP 模塊 自研的高性能 DSP 模塊 2 自研 AC 模塊化 CPCI 電源 研華 cPSH325/AC 1 購買 附件 電源線， VGA 線、 LAN 線 若干 購買 系統(tǒng)工作原理 根據(jù)聲納激勵(lì)裝置技術(shù)協(xié)議和圖 1 所示的航空電子系統(tǒng)綜合環(huán)境平臺(tái)可知，聲納激勵(lì)裝置應(yīng)能夠通過以太網(wǎng)接收仿真中心發(fā)送來的海況信息、水下目標(biāo)信息、聲納布放等信息，同時(shí)它應(yīng)能根據(jù)所產(chǎn)生的海洋噪聲、水下目標(biāo)聲場(chǎng)、主動(dòng)聲納聲場(chǎng)等的疊加聲場(chǎng)產(chǎn)生聲納的偵聽模擬聲信號(hào)，并輸出給聲納激勵(lì)裝置及偵聽裝置。 經(jīng)過對(duì)上述功能要求分析，決定采用高性能的 CPCI 嵌入式系統(tǒng)方案。利用 聲納激勵(lì)裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 7 – CPCI 主板模塊的 LAN 口，接收仿真中心發(fā)送來的海況信息、水下目標(biāo)信息、聲納布放等信息。同時(shí) CPCI 主板還具備豐富的外設(shè)接口，包括 USB、 VGA 及 PS2等，為了便于聲納激勵(lì)裝置的調(diào)試，給聲納激勵(lì)裝置配置了鼠標(biāo)、鍵盤及顯示器等人機(jī)接口設(shè)備。 聲納激勵(lì)裝置應(yīng)具備航空多基地聲納（聲納浮標(biāo)）聲場(chǎng)和任意陣列流形的陣列聲場(chǎng)（吊放聲納）兩種模擬功能，能實(shí)時(shí)模擬產(chǎn)生海洋環(huán)境噪聲、水下目標(biāo)輻射聲場(chǎng)、散射聲場(chǎng)、主動(dòng)聲納聲場(chǎng)等，該技術(shù)方案采用自研的高性能 DSP 模塊來完成上述信號(hào)處理任務(wù)，信號(hào)處理任務(wù)的實(shí)時(shí)性分析在 DSP 模塊章節(jié)展開。 聲納激勵(lì)裝置除計(jì)算 任務(wù)重，實(shí)時(shí)性要求高的特點(diǎn)外，還具有通道數(shù)多，通信數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)。為了提高通信數(shù)據(jù)率，方案中，高性能的 DSP 模塊還設(shè)計(jì)了 LAN 口，計(jì)算所產(chǎn)生的仿真數(shù)據(jù)，可以不經(jīng)過 CPCI 主板，直接將它們傳送至聲納激勵(lì)裝置。 聲納激勵(lì)裝置硬件連接關(guān)系及數(shù)據(jù)通信路徑如圖 所示。 C P C I 主 板 模 塊D S P 模 塊 1D S P 模 塊 2C P C I仿 真 中 心L A N聲 納 仿 真 器L A NL A NV G AP S 2C P C I 嵌 入 式 系 統(tǒng)液 晶 顯 示 器鍵 盤鼠 標(biāo)U S BA C 模 塊 化 電 源圖 聲納激勵(lì)裝置的硬件連接關(guān)系圖 聲納激勵(lì)裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 8 – CPCI 嵌入式系統(tǒng) CPCI 嵌入式系統(tǒng)是聲納激勵(lì)裝置的核心部分，如圖 所示。它主要包括CPCI 機(jī)箱、 CPU 主控模塊， DSP 模塊及 AC 模塊化的 CPCI 電源等，其硬件連接關(guān)系和數(shù)據(jù)通訊路徑如圖 所示。 CPCI 嵌入式系統(tǒng)示意圖如圖 所示， CPU 主控模塊安裝在系統(tǒng)插槽內(nèi)，而 DSP 模塊則安裝在 I/O 插槽內(nèi)，圖中的冗余電源即為前述的 AC 模塊化的 CPCI電源。 CPCI 嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。 圖 和圖 均未給出 CPCI 嵌入式系統(tǒng)的外部通信接口，這將在各個(gè)模塊相應(yīng)的章節(jié)內(nèi)給出。 圖 CPCI 嵌入式系統(tǒng) C P C I電 源C P U D S P 2D S P 1 圖 CPCI 嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 聲納激勵(lì)裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 9 – 機(jī)柜 機(jī)柜采用 19 英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，與中航工業(yè) 615 所試驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜的尺寸和顏色保持一致，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 所示。 圖 19 英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜 CPCI 機(jī)箱 CPCI 機(jī)箱選用研華公司生產(chǎn)的 CMIC3001A/8MF 機(jī)箱，未安裝任何模塊的機(jī)箱如圖 所示。 CMIC3001A/8MF 是一款帶有 3U CPCI 的 8 槽機(jī)箱 ，可機(jī)架安裝或面板安裝的 4U 機(jī)箱， 支持 19 英寸機(jī)架安裝 。它采用了靈活的模塊化設(shè)計(jì)，用戶可根據(jù)自己的需要構(gòu)建應(yīng)用。設(shè)備托架中預(yù)留的空間可用來安裝外設(shè)板卡 ，如 ”硬盤或 CDROM 驅(qū)動(dòng)器等。本系統(tǒng)主要用來安裝高性能的 DSP模塊。 圖 CMIC3001A/8MF 機(jī)箱（未安裝任何模塊） 聲納激勵(lì)裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 10 – 圖 CMIC3001A/8MF 機(jī)箱 2 安裝 CPU主板模塊和 AC 模塊化 CPCI 電源后的 CMIC3001A/8MF 機(jī)箱如圖 所示。 CPU 主板模塊安裝在系統(tǒng)插槽內(nèi)，圖 中的冗余電源即為前述的AC 模塊化 CPCI 電源。，項(xiàng)目的 DSP 模塊安裝在機(jī)箱的 I/O 插槽內(nèi)， 1U 高度的風(fēng)扇模塊能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供強(qiáng)勁的冷卻空氣。在板卡插槽的底部有一個(gè)熱插拔的風(fēng)扇架 ，風(fēng)扇架帶有兩個(gè) 113CFM 高速風(fēng)扇。風(fēng)扇轉(zhuǎn)速器輸出可讓報(bào)警模塊對(duì)風(fēng)扇速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在風(fēng)扇底板上設(shè)計(jì)有保護(hù)電路，可減少風(fēng)扇熱插拔過程中出現(xiàn)的尖峰和噪聲。此設(shè)計(jì)可讓用戶在不關(guān)閉系統(tǒng)的情況下，方便地更換新的風(fēng)扇。 CMIC3001A/8MF 的特點(diǎn) CMIC3001A/8MF 的主要特點(diǎn)有： (1) 8 個(gè) 3UCPCI 插槽； (2) 易于安裝，包括機(jī)架安裝和面板安裝； (3) 熱插拔無源底板； (4) 熱插拔風(fēng)扇模塊、故障檢測(cè)及報(bào)警通知； (5) 邏輯地和機(jī)箱地可隔離或共用。 CMIC3001A/8MF 的性能 (1) 無源底板 ? 插槽： 3U CPCI 8 槽 ? 總線： 32 位 /33 MHz ? Vio 電壓： V/5 V（通過短路條選擇 ) (2) 驅(qū)動(dòng)器托架 硬盤或 CDROM 有 (3) 冷卻 聲納激勵(lì)裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 11 – 風(fēng)扇 MIC3001AR/8A, MIC3001HR/8A: 2 (2 *113 CFM) (4) 電源 輸入： 90 ~ 132 VAC/180 ~ 264 VAC @ 47 ~ 63 Hz. 輸出： 250 W (5) 負(fù)載（ /安培） 表 CMIC3001A/8MF 機(jī)箱的負(fù)載性能 信號(hào)負(fù)載 + V +5 V 5V +12V 12 V +5 Vsb 最大 18 25 1 5 最小 0 0 0 (6) 環(huán)境 ? 工作溫度： 0~50℃ ； ? 存儲(chǔ)溫度： 40~80℃； ? 存儲(chǔ)濕度： 10~90%@40℃。 (7) 物理規(guī)格 ? 尺寸（ W H D）： 440 178 283mm； ? 重量： 10kg； (8) 抗振性（工作）