海上區(qū)域警戒聲納信息處理及通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高磊磊，閆春志，王 尼

（戰(zhàn)略支援部隊(duì)信息工程大學(xué)信息作戰(zhàn)指揮系，河南 鄭州 450001）

引言

海洋環(huán)境變化多端，隨著近年來各國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代化的軍事裝備已經(jīng)具備了很高水平的潛伏能力，針對(duì)海下目標(biāo)的檢測(cè)和識(shí)別已經(jīng)成為了現(xiàn)代化海上裝備必須具有的一項(xiàng)基礎(chǔ)功能。針對(duì)水下目標(biāo)不僅要采集到復(fù)雜的海洋環(huán)境的信息，還需要對(duì)海峽的潛在目標(biāo)進(jìn)行信息的識(shí)別，通過利用水聲探測(cè)對(duì)水下的目標(biāo)進(jìn)行被動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別，并將收集到的信息進(jìn)行分類、分析，以達(dá)到在信噪比很低的條件下目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別是目前海上技術(shù)的一大重要了領(lǐng)域。結(jié)合多年的海上工作經(jīng)驗(yàn)，本文設(shè)計(jì)了一種基于雙DSP完成對(duì)水下的信息數(shù)據(jù)的采集，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的通訊任務(wù)，并通過對(duì)硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以達(dá)到相應(yīng)的功能和技術(shù)指標(biāo)，以此來增強(qiáng)我國海上裝備的技術(shù)力量[1-3]。

1 海上區(qū)域警戒聲納信息處理及通訊系統(tǒng)概述

海上區(qū)域警戒聲納信息處理及通訊系統(tǒng)主要是為了滿足對(duì)水下目標(biāo)的識(shí)別、跟蹤以及定位，實(shí)時(shí)鎖定目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并且通過被動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤。海上區(qū)域警戒聲納信息處理及通訊系統(tǒng)是由矢量水聽器、水聲信號(hào)預(yù)處理子系統(tǒng)和海岸信號(hào)處理集以及顯示設(shè)備組成的。在系統(tǒng)中的矢量水聽器采用的時(shí)垂直分布、硬連接的方式，其主要是由四個(gè)通道來進(jìn)行聲壓吸納后以及振速信號(hào)的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)了只需要一臺(tái)設(shè)備就能夠?qū)λ履繕?biāo)的矢量坐標(biāo)軸進(jìn)行各個(gè)方向的定位[4]。

采集識(shí)別到的信號(hào)通過DSP處理器中進(jìn)行A/D數(shù)據(jù)處理和變換，最終將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)信息利用無線電通訊將信號(hào)進(jìn)行傳輸。海岸上的無線電接收裝置可以接受到由控制器發(fā)出的信號(hào)，并通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，最后將原始的信號(hào)信息進(jìn)行恢復(fù)，再恢復(fù)到原先的水平并復(fù)現(xiàn)出相應(yīng)的目標(biāo)信息。整個(gè)過程不斷地進(jìn)行識(shí)別、檢測(cè)和發(fā)送，不斷地進(jìn)行循環(huán)往復(fù)，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)水下目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤、定位。

2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

隨著現(xiàn)階段的電子技術(shù)、通訊技術(shù)以及信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)的采集、處理已經(jīng)成為了現(xiàn)代化發(fā)展的主要技術(shù)手段。在海上區(qū)域警戒聲納信息處理及通訊系統(tǒng)整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中在完成對(duì)水下目標(biāo)的信息采集后，通過將信號(hào)進(jìn)行處理，最后將處理完成的信號(hào)發(fā)送到岸上進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析。這是一個(gè)完整的系統(tǒng)應(yīng)用[5]。在該系統(tǒng)中采用的無限同步傳輸模式，其涉及到的電子硬件有以下相關(guān)的電子硬件，通過對(duì)電子硬件進(jìn)行選型，確定系統(tǒng)中電子硬件的實(shí)際使用。核心的處理其采用的是TMS320VC5402型號(hào)的處理器，其裝置具備著一條程序和三條數(shù)據(jù)總線，能夠?qū)崿F(xiàn)高并行的算數(shù)邏輯單位。系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)采集裝置以及信息的處理是為了完成兩方面的功能，一方面是信號(hào)的采樣，另一方面是為了將信息進(jìn)行量化和編碼。其功能主要是由A/D變換器來完成的，系統(tǒng)選用的模/數(shù)變換器是THS1206型號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。其中增益信號(hào)的數(shù)字化采用的是MAX156型號(hào)的多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器來進(jìn)行的，能夠明顯地提升轉(zhuǎn)換精度。數(shù)據(jù)的通訊以及傳輸采用的是NMEA-0183通信標(biāo)準(zhǔn)的GPS信號(hào)板。信號(hào)的采集器采用的是HMR3000數(shù)字羅盤，通過對(duì)水下目標(biāo)的聲壓、振速信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，就能夠使得系統(tǒng)獲取到更為準(zhǔn)確和全面的信息數(shù)據(jù)，并且該裝置在實(shí)際應(yīng)用中有著較小的體積、穩(wěn)定性強(qiáng)、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

依照上文中的系統(tǒng)的功能指標(biāo)，結(jié)合硬件部分的設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)的軟件部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)硬件的基礎(chǔ)要求采用可編程控制的方式對(duì)系統(tǒng)展開軟件部分的設(shè)計(jì)。主程序首先需要完成對(duì)核心處理器及其他零部件的初始化設(shè)置，在完成初始化設(shè)置后，啟動(dòng)羅盤對(duì)水下信號(hào)進(jìn)行采集，在信號(hào)采集開始階段，控制器先對(duì)海上設(shè)備的采樣率進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整完成后控制器向數(shù)據(jù)采集板發(fā)送相關(guān)的請(qǐng)求信息，采集板已中斷的方式相應(yīng)，在響應(yīng)后對(duì)水下的的環(huán)境信息以及水下的聲源信號(hào)以及振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，識(shí)別完成后將采集到的信息存儲(chǔ)在采集板的內(nèi)部數(shù)據(jù)單位內(nèi)部。在完成信息數(shù)據(jù)的采集工作后，系統(tǒng)控制器開始進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊板塊的信息傳輸工作，利用信息數(shù)據(jù)的傳輸實(shí)現(xiàn)對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行通訊操作。

通訊板塊的各個(gè)服務(wù)程序在完成了對(duì)羅盤信息、GPS信息的讀取后，對(duì)通訊、電源的狀態(tài)的信息和命令碼進(jìn)行回傳，開始進(jìn)行命令解析，解析完成后開始執(zhí)行數(shù)據(jù)的發(fā)送操作，數(shù)據(jù)的發(fā)送操作是由McBSP1來完成的，按照系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定的通訊協(xié)議對(duì)信息進(jìn)行指定工作方式的信息發(fā)送。為了提高信息再發(fā)送過程中的傳輸效率，所有的信息內(nèi)容采取打包的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送，在系統(tǒng)控制器判斷狀態(tài)是否符合信息發(fā)送的要求，當(dāng)信息發(fā)送的狀態(tài)符合相應(yīng)的要求后，通訊板塊開始進(jìn)行信息的發(fā)送，將外部存儲(chǔ)器的采樣結(jié)果之內(nèi)部發(fā)送緩沖區(qū)，最后將數(shù)據(jù)連續(xù)的發(fā)送出去，為了保證信息發(fā)送的不間斷性，在發(fā)送的過程中要關(guān)閉所有的中斷源，保證信息發(fā)送完成。

岸上的信號(hào)接收系統(tǒng)同時(shí)開始進(jìn)行信息的接收，將接收到的信號(hào)輸送到岸上的控制器進(jìn)行信號(hào)的數(shù)據(jù)解析，解析完成后對(duì)信息進(jìn)行記錄，并將信息進(jìn)行分類整理輸送到顯示終端。工作人員可以通過顯示終端對(duì)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢查和分析，以此來判斷水下的環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化。通過采用上述的軟件應(yīng)用的信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)海上區(qū)域警戒聲納信息處理及通訊系統(tǒng)的水下環(huán)境信號(hào)采集、信號(hào)的通訊傳遞以及信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示等功能，并且從系統(tǒng)的的功能情況來看能夠達(dá)到相應(yīng)的功能。

4 測(cè)試效果

為了保證系統(tǒng)的功能和指標(biāo)能夠達(dá)到海上工作的狀態(tài)要求，采用了不同程度的試驗(yàn)階段，通過采用湖試、通訊試驗(yàn)最后在海上進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)是階段通過設(shè)置不同的實(shí)驗(yàn)要求和目的，以達(dá)到對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、穩(wěn)定性、可靠性的測(cè)試。尤其是在最后的海試實(shí)驗(yàn)中，整個(gè)裝置的系統(tǒng)檢測(cè)功能不僅達(dá)到了設(shè)定的指標(biāo)要求，而且精確度和分辨能力完全超過了相應(yīng)的指標(biāo)要求，證明了裝置在實(shí)際的應(yīng)用中有著很好的穩(wěn)定性、可靠性。

5 結(jié)語

海上裝備對(duì)水下環(huán)境信息以及水下目標(biāo)的信息的采集和識(shí)別對(duì)海上航行具有著非常重要的通。本文通過對(duì)海上區(qū)域警戒聲納信息處理及通訊系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的功能闡述，通過對(duì)其系統(tǒng)的硬件設(shè)備進(jìn)行選型，并更具實(shí)際功能需求對(duì)硬件系統(tǒng)各個(gè)元器件的功能進(jìn)行分析。再結(jié)合網(wǎng)絡(luò)信息以及通訊，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)運(yùn)行流程進(jìn)行了闡述。最后通過系統(tǒng)在湖試、通訊測(cè)試以及海試中的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明了系統(tǒng)有著非常高的穩(wěn)定性和可靠性，說明系統(tǒng)能夠在實(shí)際海上發(fā)揮出其作用。系統(tǒng)雖然能夠完成設(shè)定的功能，并穩(wěn)定運(yùn)行，但是仍需要今后不斷地創(chuàng)新和改進(jìn)，以適應(yīng)更具有挑戰(zhàn)性的海上環(huán)境，更需要不斷地進(jìn)行擴(kuò)展，為促進(jìn)海上航行發(fā)揮更加重要的作用。