艦船綜合聲吶記錄儀改進性修理研究

盛成明，唐鎖夫，范俊云

(海軍702廠，上海 200434)

艦船綜合聲吶記錄儀改進性修理研究

盛成明，唐鎖夫，范俊云

(海軍702廠，上海 200434)

文章針對艦船綜合聲吶記錄儀關(guān)鍵備件停產(chǎn)導(dǎo)致的備件缺乏、性能下降及設(shè)備維修保障等困難，提出了在保持綜合聲吶記錄儀原有接口和外觀不變的情況下，對綜合聲吶記錄儀進行改進性修理的方法，利用成熟技術(shù)研制新的綜合聲吶數(shù)字記錄儀，替代原綜合聲吶記錄儀，提高設(shè)備的可靠性，滿足設(shè)備日常使用的需求。

綜合聲吶；記錄儀；改進性修理

艦船綜合聲吶記錄儀用于接收并顯示綜合聲吶的信息，觀察目標信號方位的變化和確定目標的方位，進行信息存檔，并通過打印機在打印紙上記錄目標信息，對于長時間水下航行尤其是水下狀況復(fù)雜時的目標判斷時，作用尤為明顯。

現(xiàn)有的綜合聲吶記錄儀，其主板、接插件及連接線都是民品級標準，隨著設(shè)備服役年限的增長，主板上的多個器件老化，性能下降，以致經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備死機等故障；而且關(guān)鍵備件均因停產(chǎn)導(dǎo)致備件缺乏，出現(xiàn)設(shè)備維修保障困難等問題。

因此對綜合聲吶記錄儀進行改進性修理，在保持其原有接口和外觀不變的情況下，利用成熟技術(shù)研制綜合聲吶數(shù)字記錄儀替代原綜合聲吶記錄儀，不但可以解決目前設(shè)備備件缺乏的難題，而且可以提高設(shè)備的可靠性，滿足設(shè)備日常使用的需求。

1 技術(shù)方案

1.1 系統(tǒng)組成

綜合聲吶數(shù)字記錄儀系統(tǒng)可分為數(shù)據(jù)采集、主控系統(tǒng)、數(shù)據(jù)存儲記錄、數(shù)據(jù)壓縮編碼、目標顯示和數(shù)據(jù)回放等模塊[1]，其實現(xiàn)框圖如圖1所示。

圖1 綜合聲吶數(shù)字記錄儀總體實現(xiàn)框圖

原始音頻記錄信號及偏轉(zhuǎn)信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集模塊，在主控系統(tǒng)的控制綜合處理下，分別將數(shù)據(jù)送至目標顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、數(shù)據(jù)壓縮模塊，以實現(xiàn)目標方位圖像、原始音頻、操作控制等信息在內(nèi)的聲吶信號記錄系統(tǒng)所記錄下的各種信息的顯示、實時存儲及數(shù)據(jù)回放。

1.2 硬件設(shè)計

綜合聲吶數(shù)字記錄儀系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要組成如表1所示，沿用主流的成熟的滿足采用要求的技術(shù)途徑，采用工業(yè)級加固型CPCI機箱，配備工業(yè)級的主板模塊和數(shù)字采集卡構(gòu)成硬件平臺基礎(chǔ)，開發(fā)基于CPCI總線的設(shè)備相應(yīng)軟件，以完成對綜合聲吶回波信號的處理及顯示[2]。

圖2 綜合聲吶數(shù)字記錄儀系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

硬件名稱硬件描述CPCI插箱1UCPCI便攜式加固機箱CPU模塊芯片：Intel915芯片組架構(gòu)PentiumM；主頻：2．0GHz，支持1GBDDR2533/400MHz板載內(nèi)存，915GM顯卡，板內(nèi)集成網(wǎng)絡(luò)、串口、CF卡、USB、并口、SATA硬盤等標準接口采集卡12位150MHz/s4路同時采集磁盤180GSATA接口2．5寸固態(tài)盤電源模塊工業(yè)級低壓DC-DC電源，為整個平臺提供電源

來自綜合聲吶的信號經(jīng)過便攜式CPCI加固機箱的接口，分別連接到信號隔離后I/O板，對來自綜合聲吶的信號、電源和地進行隔離[3]，回波信號的采集在系統(tǒng)目標顯示軟件的控制下進行，數(shù)據(jù)信息通過66 MHz、64位的CPCI接口傳至主板后，由系統(tǒng)主程序控制。

1.3 軟件設(shè)計

聲吶目標顯示軟件編程的實現(xiàn)，選擇在Windows平臺上利用Visual C++6.0以及MFC類庫建立OpenGL程序，使用Visual C++提供的AppWizard(集成開發(fā)環(huán)境下的高級代碼生成器)來設(shè)置編程環(huán)境，創(chuàng)建應(yīng)用程序框架。

為保證回波信號傳輸數(shù)據(jù)的實時讀取、目標信號的實時刷新顯示和存儲，采用了系統(tǒng)顯控軟件中的多線程技術(shù)[4]。在實際設(shè)計中，不同的功能模塊由不同的線程實現(xiàn)，利用Windows操作系統(tǒng)的這種多線程機制，使得各個功能模塊能夠有條不紊地進行，主線程運行流程圖如圖3所示。

圖3 主線程運行流程圖

2 技術(shù)特點

1)實效性好。研制的數(shù)字記錄儀能同時對3個頻段的回波信號進行采集、存儲并顯示，實時檢測可疑目標，較之原設(shè)備有更好的實效性。

2)人機對話方便。以圖形文字結(jié)合的方式提示目標狀態(tài)，具有良好的人機交互方式，便于操作使用，同時多種圖形顯示方式，避免了原設(shè)備圖形顯示的單一性。

3)結(jié)構(gòu)緊湊。選用加固CPCI主機箱，體積小、重量輕、功能強、可靠性高，適合工作于艦船空間小、電磁環(huán)境復(fù)雜的場所。

4)系統(tǒng)配置靈活。便于系統(tǒng)的升級、維護方便；擴展能力強大，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)存儲與歷史數(shù)據(jù)脫機回放。

5)維護成本低。內(nèi)建測試程序能夠完成測試維修自動化，將設(shè)備的各部分功能測試結(jié)果以圖形和文字形式顯示出來，故障定位可精確到芯片及連接部件，提高可維修性，降低維修成本。

3 改進性修理后功能

研制的綜合聲吶數(shù)字記錄儀在原有功能的基礎(chǔ)上有以下幾種新功能。

1)系統(tǒng)內(nèi)建測試功能。利用主板強大的功能設(shè)計了系統(tǒng)內(nèi)建測試模塊用于實時檢測綜合聲吶數(shù)字記錄儀的各硬件部分的狀態(tài)[5]，船員可以通過軟件方便查看系統(tǒng)各部分工作狀況，發(fā)現(xiàn)故障后立刻通過圖形、文字及聲音形式提出報警和解決方案。

2)具備多種顯示方式。由于綜合聲吶數(shù)字記錄儀具備了強大的硬件基礎(chǔ)，3個頻段的波形信號經(jīng)過采集并存儲后，可以通過系統(tǒng)強大的顯示功能以多種方式顯示出來，綜合各種因素，選用以下3種圖形顯示方式：除保留原顯示方式外，增加B顯、綜合聲吶主顯示器的數(shù)字化顯示，可供選擇使用。

3)語言選擇功能。保留了原有的外文顯示，同時提供中文選擇，確保裝備安全使用。操作顯示界面漢化后，船員能盡快掌握系統(tǒng)的操作使用，縮短人員崗位調(diào)整后裝備戰(zhàn)斗力形成時間，降低培訓(xùn)成本，提高工作效率；操作人員能正確理解和處理系統(tǒng)運行時給出的異常信息提示，確保對裝備的安全操作，保證裝備使用安全。

4)數(shù)據(jù)實時存儲及脫機回放。數(shù)據(jù)回放主要完成包括目標方位圖像、原始音頻、操作控制等信息在內(nèi)的聲吶信號記錄系統(tǒng)所記錄下的各種信息的再現(xiàn)，它可以完全獨立于記錄系統(tǒng)之外，隨時實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)的回放。

4 結(jié)束語

艦船綜合聲吶記錄儀改進性修理，采用在保持原有接口和外觀不變的情況下，利用成熟技術(shù)對綜合聲吶記錄儀結(jié)構(gòu)、總線、接插件進行了硬件升級，通過升級設(shè)備計算機主板，提升了內(nèi)部運行速度，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，改善了系統(tǒng)運行穩(wěn)定性；通過升級系統(tǒng)程序，利用數(shù)字圖像壓縮技術(shù)對綜合聲吶的回波信號和音頻信號的實時記錄和存儲，實現(xiàn)了脫離主機同步回放，利用先進的數(shù)字信號處理方法對目標信號進行處理和多種方式顯示，提高了綜合聲吶發(fā)現(xiàn)目標的能力，達到了改進性修理的預(yù)期目的。

[1]李啟虎. 數(shù)字式聲吶設(shè)計原理[M]. 合肥: 安徽教育出版社, 2003.

[2]李國勝.基于CPCI總線的高速數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)設(shè)計[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2011(9)：14-18.

[3]朱永興，翁明遠，張波. 基于CPCI總線的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng) [J] . 計算機工程, 2008(1)：13-15.

[4]汪磊.基于通用信號處理機的開放式聲吶實時數(shù)據(jù)流管理中間件的研究[D].南京：東南大學(xué)，2010.

[5]蘇濤,吳順君，廖曉群.高性能數(shù)字信號處理機與高速實時信號[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社， 1999.

Aiming at difficulties of lacking of critical spare parts and slow performance on comprehensive sonar recording instruments for equipment maintenance support,an improving repair method is proposed by using mature technology to develop a new recording instrument instead of the old one,with its interfaces and original appearance unchanged.The reliability of the equipment is improved and the function is increased.

comprehensive sonar;recording instrument;improving repair

盛成明(1962-)，男，浙江寧波人，高級工程師，碩士，主要從事聲吶裝備維修保障與科研工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.01.006

2016-09-22