【正文】 連續(xù)譜分量的仿真流程如圖 310 所示。艦船輻射噪聲連續(xù)譜的譜級預(yù)報模型如圖 39 所示。當頻率低于該譜峰的上線時，頻譜隨頻率的大變化較為平 直，它占輻射噪聲的絕大部分能量；當超過該頻率上限時，呈衰減趨勢，每倍頻程衰減約 6dB。 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 28 – 螺 旋 槳 轉(zhuǎn) 速航 向航 速目 標 噸 位控制模塊線 譜 分 量連 續(xù) 譜調(diào) 制 包 絡(luò) 譜傳播損失模塊噪 聲 潛 艇安 靜 型 潛 艇極 安 靜 潛 艇 圖 38 艦船輻射噪聲模擬模塊原理框圖 通常假定潛艇輻射噪聲主體為平穩(wěn)各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程，其頻譜由連續(xù)譜和線譜組成。 在被動多浮標聲納系統(tǒng)的工作模式下，聲納激勵裝置作為被動全 向浮標和被動定向浮標等系統(tǒng)的模擬目標時，需要近似無失真地將潛艇的輻射噪聲的最為重要的特征模擬出來。 所有的工作模式均需考慮海洋環(huán)境噪聲，它們產(chǎn)生噪聲數(shù)據(jù)樣本的機理和方法相同，后面不再重復(fù)。 海況增加100 10000 頻率 / HzN L / dB 圖 36 海洋環(huán)境噪聲的譜級預(yù)報模型 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 27 – 海洋環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)樣本產(chǎn)生流程： ① 首先產(chǎn)生方差為 2? 的服從某種分布的隨機噪聲序列 { )(mr }(m 為時間序列 )，并進行傅里葉變換 , 得到隨機噪聲的頻域函數(shù) )(fR ； ② 利用海洋環(huán)境噪聲預(yù)報模型，預(yù)報海洋環(huán)境噪聲譜級 )(fNL ； ③ )(fNL 與 )(fR 相 乘，并進行 IFFT。通過大量觀測值的統(tǒng)計平均結(jié)果，可得到其功率譜為：在 10～ 100Hz 內(nèi)是常數(shù)，而在 100～ 10000Hz 范圍內(nèi)是斜線，每倍頻程的譜值衰減 6～ 8dB，海況每增加一級，譜級大約向上移 3～ 4dB。在近海，工業(yè)的人為噪聲、進出港口船只的噪聲都是海洋環(huán)境噪聲的主要來源。該模塊實現(xiàn)的組成框圖如圖 35 所示。圖 所示的操作界面，除顯示從仿真中心發(fā)送來的參數(shù)外，還可以通過人機接口模塊，改變上述系統(tǒng)參數(shù)。 工作參數(shù)設(shè)定 在被動多浮標聲納系統(tǒng)的工作模式下，聲納激勵裝置首先通過以太網(wǎng)接收仿真中心發(fā)送來的海況信息、水下被動目標信息、被動浮標布放等信息，其參數(shù)傳遞如圖 34 所示。根據(jù)聲場的疊加原理，得到各浮標的輸出信號 。在該海域的海底類型、海深及海況級別等信息（在仿真系統(tǒng)中由仿真中心給定）已知的條件下，根據(jù)該目標潛艇輻射噪聲的主要聲學(xué)特性，仿真計算得到其輻射聲場為 ，并模擬該海域的海洋環(huán)境噪聲場 。被動多浮標聲納系統(tǒng)及其工作模式示意圖如圖 33 所示。對浮標組輸出的信息進行同步采樣，并自動選擇其中的部分浮標，或全部浮標的輸出信息進行處理，判斷該探測海域是否存在目標。 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 24 – 被動多浮標聲納系統(tǒng)模式的目標系統(tǒng) 在可能存在目標潛艇的海域內(nèi)，固定翼飛 機先將 被動 浮標組按一定的陣式投布 至該 海區(qū)，爾后在海區(qū) 附近 上空盤旋，接收和監(jiān)聽由 被動（全向或定向） 浮標組 接收到的、 經(jīng)無線電調(diào)制發(fā)射的目標信息。 除上述聲場仿真外，聲納激勵裝置根據(jù)海底類型及海深等參數(shù)，實現(xiàn)潛艇目標輻射噪聲的聲傳播仿真， 包括模擬水聲信號傳播的信號衰減、多途效應(yīng)和聲線彎曲，實現(xiàn)海洋聲傳播的信道仿真。聲納激勵裝置首先通過以太網(wǎng)接收仿真中心發(fā)送來的海況信息、水下被動目標信息、被動浮標布放等信息。為了便于方案設(shè)計，下面就按工作模式來對主要的軟件模塊的功能和工作原理給以闡述。其中圓角矩形內(nèi)為 DSP 模塊，其實現(xiàn)的軟件功能可劃分為控制模塊、海洋環(huán)境噪聲模塊、目標模擬模塊、傳播損失模塊、多通道信號源模塊以及音頻處理模塊等。 圖 31 聲納激勵裝置的軟件操作界面 由于聲納激勵裝置的模擬功能復(fù)雜，為了便于開發(fā)和維護，需要依照功能或算法實現(xiàn)的難易性，將其劃為若干個獨立的模塊來實現(xiàn)，將各個模塊按相 互關(guān)系加以組合，以實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能。因此按照聲納激勵裝置技術(shù)協(xié)議的功能要求，將聲納激勵裝置的工作模式劃分 5 種：主動吊放聲納系統(tǒng)模式、被動吊放聲納系統(tǒng)模式、被動全向多浮標聲納系統(tǒng)模式、被動定向多浮標聲納系統(tǒng)模式及主動的多浮標系統(tǒng)模式等。 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 21 – 表 12 AC 模塊化電源的主要性能參數(shù) 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 22 – 3 激勵裝置的軟件系統(tǒng)及其工作原理 聲納激勵裝置具備聲納浮標聲場和吊放聲納聲場兩種模擬功能。根據(jù)聲納激勵裝置技術(shù)協(xié)議，對各個硬件模塊的功耗進行分析，可以推斷該 AC 模塊化電源能滿足聲納激勵裝置的電源需求。 圖 研華 cPSH325/AC AC 模塊化電源特點 (1) 符合 PICMG. CPCI 電源接口規(guī)范； (2) 3U CPCI. 8HP 規(guī)格； (3) PICMG. 47 針 CPCI 導(dǎo)軌式電源模塊接口； (4) 250W 直流輸出，最大 300W 峰值輸出； (5) 主動式 PFC(功率因素校正 )滿足 IEC100032 諧波校正； (6) 內(nèi)部 ORing 二極管，用于 N+1 冗余； (7) 熱插拔； (8) 主動式均流功能； (9) EMI 滿足 EN 55022 和 FCC Class A 認證標準； (10) 支持遠程開 /關(guān)機； (11) 支持電源故 障信號和降額信號。 電 源177。時鐘電路負責提供模塊的時鐘，電源電路負責提供模塊的 IO 電源和芯片的內(nèi)核電源。 DSP 通過 CPCI 總線接口將數(shù)據(jù)傳給操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)通過千兆網(wǎng)絡(luò)接口傳送給聲納激勵裝置或其實際的聲納設(shè)備。 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 19 – 表 仿真數(shù)據(jù)傳輸定義 開始標記 ‘ST’ 通道數(shù) 每通道的樣本數(shù) x1(0) x2(0) ?? xn(0) x1(1) x2(1) ?? xn(1) x1(2) x2(2) ?? 工作原理 DSP 模塊視模擬仿真通道數(shù)決定其模塊數(shù)量。仿真數(shù)據(jù)傳輸定義如表 所示。 聲納激勵裝置除計算任務(wù)重，實時性要求高的特點外，還具有通道數(shù)多 ，通信數(shù)據(jù)量大等特點。 DSP 模塊接口屬性 嵌入式系統(tǒng)內(nèi)部采用 CPCI 總線接口，并配置 2 個千兆網(wǎng)絡(luò)接口。 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)量分析：與聲納激勵裝 置通信時，最大的數(shù)據(jù)量為 50k 16bit 96 通道＝ CPCI 的網(wǎng)絡(luò)接口可滿足上述通信數(shù)據(jù)量的需求。 任務(wù)分析 信號處理任務(wù)的運算量分析：聲納激勵裝置的多基地聲納浮標激勵裝置仿真功能和航空吊放聲納激勵裝置仿真功能是分時進行的，而且前者的被動全向、被動定向及主動定向等也是分時工作的。 DSP 模塊如圖 所示，由以下功能單元電路組成： a. DSP 核心電路 b. 存儲器電路； c. 時針電路； d. 電源電路 e. CPCI 接口電路； f. LAN 接口 電路 圖 高性能 DSP 模塊 DSP 模塊的主要功能 a. 實時生成主動吊放聲納基陣接收的目標回波信號； 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 18 – b. 實時生成被動吊放聲納基陣接收的目標輻射噪聲； c. 實時生成被動全向浮標接收的目標輻射噪聲； d. 實時生成被動定向浮標接收的目標輻射噪聲； e. 實時生成主動全向浮標接收的目 標回波信號； f. 實時產(chǎn)生對應(yīng)海況下的海洋環(huán)境噪聲； g. 實時產(chǎn)生主動吊放聲納和主動聲納浮標的混響信號。主要的水下 目標信息及其代碼如表 所示。 表 CPCI 嵌入式系統(tǒng)海況界別參數(shù)定義 高字 低字節(jié)（ LSB） ‘ SS’ ‘代碼’ 表 聲納激勵裝置工作模式及其代碼 海況界別 代碼 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 17 – 根據(jù)聲納激勵裝置的技術(shù)協(xié)議，水下目標個數(shù) 1~2，其通信定義如表 所示。 表 CPCI 嵌入式系統(tǒng)工作模式定義 高字節(jié)（ MSB） 低字節(jié)（ LSB） ‘ M’ ‘代碼’ 表 聲納激勵裝置工作模式及其代碼 工作模式 代碼 主動吊放聲納系統(tǒng) 1 被動吊放聲納系統(tǒng) 2 被動全向多浮標系統(tǒng) 3 被動定向多浮標系統(tǒng) 4 主被動聯(lián)合的多浮標系統(tǒng) 5 聲納激勵裝置研制總結(jié) 西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院 16 – 表 聲納系統(tǒng)及布放信息 模式 次序 主動 吊聲 被動 吊聲 被動 全向浮標 被動 定向浮標 主被動 聯(lián)合多浮標 1 陣形 （ 1?圓柱形） 同 主 動 吊 聲 浮標個數(shù)（ 3~6） 浮標個數(shù)（ 3~6） 高字節(jié) ?主動浮標個數(shù) 低字節(jié) ?被動浮標個數(shù) 2 半徑 (R cm) 浮標 1 坐標 x 浮標 1 半徑方位 坐標 半徑 主動 浮標 坐標 x 3 基陣周數(shù)（ 4 or 8） y 方位 y 4 每周陣元數(shù)（ 12） z x z 5 吊放聲納中心位置 x 浮標 2 坐標 x y 被動 浮標 [1] 坐標 x 6 y y z y 7 z z 浮標 2 半徑 方位 坐標 半徑 z 8 信號形式 （ 0?CW； 1?LFM） 空 浮標 3 坐標 x 方位 被動 浮標 [2] 坐標 x 9 信號時寬 y x y 10 信號帶寬 z y z 11 依次 類推 浮標 坐標 z 被動 浮標 [3] 坐標 12 依次 類推 浮標 方位 坐標 14 . . . . . 依次 類推 浮標 坐標 根據(jù)聲納激勵裝置的技術(shù)協(xié)議，聲納激勵裝置仿真的海況級別 ? 5，其 通信定義如表 所示。 以太網(wǎng)傳送的信息主要包括海況信息、水下目標信息、聲納布放等信息，其中聲納及其布放信息首先給出聲納激勵裝置的工作模式，其通信定義如表 所示，其中‘ M’表示聲納激勵裝置當前接收的是它的工作模式參數(shù)，主要的工作模 式及其代碼如表 所示。通過 CPCI 總線，接受 DS