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基于以太網(wǎng)魚(yú)雷聲自導電信號半實(shí)物
O 引言魚(yú)雷聲自導系統是現代魚(yú)雷最基本也是最核心的部件，直接決定魚(yú)雷的總體性能和戰術(shù)指標。聲自導系統半實(shí)物仿真是在實(shí)驗室環(huán)境下模擬水聲目標，進(jìn)行聲自導系統設計與性能評估的重要手段。
聲自導系統半實(shí)物仿真根據模擬聲學(xué)目標方法的不同通常有水聲物理場(chǎng)法、電信號注入法和機械對接法3種1。水聲物理場(chǎng)法利用消聲水池／水罐，通過(guò)水中產(chǎn)生的目標／背景信號直接作用到聲自導聲學(xué)基陣上，這種方法系統龐大，試驗成本高，適合對包含聲學(xué)基陣的聲自導系統進(jìn)行詳細全面的測試 采用機械對接方法簡(jiǎn)潔，但機械耦合的精確解耦是一大難題；電信號注入法在聲學(xué)基陣不接入仿真系統的情況下，根據目標／背景的數學(xué)模型由仿真信號源實(shí)時(shí)生成電信號，加載到聲自導系統的接收端。電信號注入法系統結構簡(jiǎn)單，其試驗成本遠低于水聲物理場(chǎng)法，尤其是隨著(zhù)高性能數字信號處理器的發(fā)展，使可實(shí)時(shí)生成的數學(xué)模型更加精確，從而使電信號較精確的模擬目標／背景信號成為可能。由于數字信號處理器編程的靈活性，可根據需要產(chǎn)生水聲目標、背景噪聲、干擾目標等各種類(lèi)型的信號及多種信號的組合。在實(shí)驗室環(huán)境下通過(guò)電信號注入法對聲自導系統做前期論證、測試后，再進(jìn)一步進(jìn)行水池試驗、湖海試驗以對包含聲學(xué)基陣在內的聲自導系統進(jìn)行試驗測試，可大大提高聲自導系統的研發(fā)進(jìn)度，降低研發(fā)成本。
1 聲自導半實(shí)物仿真系統結構基于電信號注入法的聲自導系統半實(shí)物仿真系統包含控制／顯示計算機、仿真信號源、聲自導信號處理機、自動(dòng)駕駛儀和程控放大／濾波模塊等5個(gè)子系統，各子系統通過(guò)以太網(wǎng)連接構成分布式仿真系統，基于以太網(wǎng)的聲自導系統半實(shí)物仿真結構如圖1所示。根據仿真的具體需求，自動(dòng)駕駛儀既可以是數學(xué)仿真模型，也可以是實(shí)物接入仿真系統。仿真系統在控制／顯示計算機的控制下協(xié)同工作，仿真信號源實(shí)時(shí)生成仿真信號加載到聲自導信號處理機的接收端，模擬魚(yú)雷尋的、跟蹤、攻擊目標的全過(guò)程，聲自導信號處理機和自動(dòng)駕駛儀處理得到的相關(guān)參數發(fā)送到控制／顯示計算機實(shí)時(shí)顯示。
組建基于電信號的聲自導半實(shí)物仿真系統主要存在以下關(guān)鍵技術(shù)：目標／背景信號的仿真數學(xué)模型；實(shí)時(shí)仿真信號源的硬件設計；根據目標／背景信2 目標／背景信號仿真模型在主動(dòng)聲自導體制下，目標回波信號是獲取目標特征信息的主要來(lái)源。在目標回波中有3個(gè)重要的特征：目標回波的時(shí)間展寬；目標回波的亮點(diǎn)起伏；目標回波空間方位分布。這3個(gè)特征是對目標進(jìn)行識別和跟蹤的重要依據，目標／背景信號的仿真模型必須能夠反應這3個(gè)特征參量。農業(yè)田間信息獲取技術(shù)研究及發(fā)展趨勢。
根據聲自導的不同階段，在滿(mǎn)足遠場(chǎng)條件時(shí)，使用單亮點(diǎn)模型模擬目標；在近程時(shí)則將目標認為是體目標，使用多亮點(diǎn)結構模型。為了能夠準確的模擬聲學(xué)基陣接收的信號，還必須模擬誘餌、混響和海洋噪聲等干擾信號。由于水聲環(huán)境的復雜性和系統實(shí)時(shí)性的要求，使用了簡(jiǎn)化的目標／背景模型。
3 目標／背景信號的實(shí)時(shí)生成3．1 仿真信號源的硬件系統設計仿真信號源根據目標／背景的數學(xué)模型，利用直接數字信號合成(DDS)技術(shù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生聲自導仿真信號，其硬件結構如圖2所示。網(wǎng)絡(luò )通訊模塊通過(guò)以太網(wǎng)與上位機通訊，接收上位機發(fā)送的命令和參數；主控制器根據接收到的命令實(shí)現對整個(gè)系統的同步控制；信號處理流水陣列是系統主要的信號處理單元，完成仿真信號實(shí)時(shí)生成的大量數據處理；DAC陣列實(shí)現所有通道信號的同步數／模轉換。
根據目標／背景信號實(shí)時(shí)生成算法的特點(diǎn)，信號處理流水陣列采用3級流水處理的結構，每級處理陣列包含6片高性能浮點(diǎn)處理器TMS320C6713，相鄰兩級處理陣列通過(guò)DSP的同步串口連接，上一級的處理結果傳遞到下一級作進(jìn)一步的處理。根據直接數字信號合成的特點(diǎn)，第1級陣列通過(guò)查表方式產(chǎn)生基準信號；第2級陣列在基準信號的基礎上，采用延時(shí)濾波算法產(chǎn)生附加延時(shí)信息的其余各通道數據；第3級陣列完成目標信號、背景信號的疊加，并將產(chǎn)生的數字信號通過(guò)DAC轉換陣列產(chǎn)生聲自導仿真信號，經(jīng)過(guò)信號調理后加載到聲自導接收機的輸入端。
3．2 聲自導信號疊加魚(yú)雷聲自導信號常用的脈沖信號包含單頻脈沖信號、線(xiàn)性調頻脈沖信號、雙線(xiàn)性調頻信號等，并根據具體的自導流程組合�；镜男盘栴�(lèi)型在信號處理陣列的第1級通過(guò)查表遞推方式產(chǎn)生，然后疊加滾降包絡(luò )或是矩形包絡(luò )。魚(yú)雷發(fā)射的自導脈沖信號是各種基本脈沖信號的組合，因而基陣接收到的是附加目標信息和干擾信號的基本窄帶脈沖的組合。聲自導仿真系統要真實(shí)的仿真目標／背景信號，必須實(shí)現基本脈沖信號的靈活組合，并疊加海洋噪聲和混響干擾。目標／背景信號的組合和疊加在信號處理陣列的第3級完成。
4 半實(shí)物仿真試驗4．1 聲自導波束形成器驗證聲自導信號處理機的波束形成器是魚(yú)雷常用的目標定向方法，也就必然要求對波束形成器的性能進(jìn)行評估。傳統的波束形成器的評估是在水池試驗階段通過(guò)180。轉動(dòng)雷頭實(shí)現的，使用基于電信號的聲自導半實(shí)物仿真后，可在前期方便的對波束形成器作性能評估，優(yōu)化波束形成器的設計。使用仿真信號源模擬目標在水平方向和垂直方向上一90。到90。的運動(dòng)，模擬雷頭轉動(dòng)的速度與水池試驗一致，則聲自導信號處理機形成的8個(gè)波束在控制／顯示計算機上得到的結果如圖4所示，驗證了波束形成器的性能。
4．2 魚(yú)雷彈道評估魚(yú)雷彈道是魚(yú)雷重要的綜合技戰指標，傳統的魚(yú)雷彈道評估必須等到水池試驗或湖上試驗才能完成。在引入基于電信號的半實(shí)物仿真系統后，可在試驗室內模擬魚(yú)雷聲自導攻擊的全過(guò)程，實(shí)現魚(yú)雷彈道設計的評估和優(yōu)化。仿真系統模擬魚(yú)雷聲自導系統搜索彈道、發(fā)現目標后的導引彈道時(shí)，總臺計算機根據自動(dòng)駕駛儀的輸出參數和運動(dòng)方程，實(shí)時(shí)計算魚(yú)雷與目標的距離、相對速度和空間方位等參數，仿真信號源以這些參數實(shí)時(shí)產(chǎn)生目標的仿真信號。
聲自導信號處理機采集目標仿真信號，處理后獲得目標信息，并根據目標信息執行相應的彈道策略。
將目標信息發(fā)送到控制／顯示計算機，結合仿真目標的參數實(shí)時(shí)顯示魚(yú)雷攻擊的全過(guò)程。
5 結論采用電信號注入法的聲自導半實(shí)物仿真系統能夠根據目標／背景模型同時(shí)模擬多個(gè)目標，并疊加相應的海洋噪聲和混響干擾。該半實(shí)物仿真系統的研制對于優(yōu)化聲自導系統設計、縮短聲自導系統研制周期、節省研制費用有著(zhù)一定的作用。
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