海上區域警戒聲納信息處理及通訊系統的設計與實現

高磊磊，閆春志，王 尼

（戰略支援部隊信息工程大學信息作戰指揮系，河南 鄭州 450001）

引言

海洋環境變化多端，隨著近年來各國科學技術的不斷發展和進步，現代化的軍事裝備已經具備了很高水平的潛伏能力，針對海下目標的檢測和識別已經成為了現代化海上裝備必須具有的一項基礎功能。針對水下目標不僅要采集到復雜的海洋環境的信息，還需要對海峽的潛在目標進行信息的識別，通過利用水聲探測對水下的目標進行被動檢測和識別，并將收集到的信息進行分類、分析，以達到在信噪比很低的條件下目標檢測和識別是目前海上技術的一大重要了領域。結合多年的海上工作經驗，本文設計了一種基于雙DSP完成對水下的信息數據的采集，實現數據的通訊任務，并通過對硬件系統和軟件系統的設計，以達到相應的功能和技術指標，以此來增強我國海上裝備的技術力量[1-3]。

1 海上區域警戒聲納信息處理及通訊系統概述

海上區域警戒聲納信息處理及通訊系統主要是為了滿足對水下目標的識別、跟蹤以及定位，實時鎖定目標的運動狀態，并且通過被動的方式實現對目標的實時跟蹤。海上區域警戒聲納信息處理及通訊系統是由矢量水聽器、水聲信號預處理子系統和海岸信號處理集以及顯示設備組成的。在系統中的矢量水聽器采用的時垂直分布、硬連接的方式，其主要是由四個通道來進行聲壓吸納后以及振速信號的識別，實現了只需要一臺設備就能夠對水下目標的矢量坐標軸進行各個方向的定位[4]。

采集識別到的信號通過DSP處理器中進行A/D數據處理和變換，最終將轉換后的數據信息利用無線電通訊將信號進行傳輸。海岸上的無線電接收裝置可以接受到由控制器發出的信號，并通過對信號進行識別，最后將原始的信號信息進行恢復，再恢復到原先的水平并復現出相應的目標信息。整個過程不斷地進行識別、檢測和發送，不斷地進行循環往復，最后實現對水下目標的實時跟蹤、定位。

2 系統的硬件設計

隨著現階段的電子技術、通訊技術以及信息技術的發展，數字信號的采集、處理已經成為了現代化發展的主要技術手段。在海上區域警戒聲納信息處理及通訊系統整個系統結構中在完成對水下目標的信息采集后，通過將信號進行處理，最后將處理完成的信號發送到岸上進行數據的分析。這是一個完整的系統應用[5]。在該系統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的電子硬件，通過對電子硬件進行選型，確定系統中電子硬件的實際使用。核心的處理其采用的是TMS320VC5402型號的處理器，其裝置具備著一條程序和三條數據總線，能夠實現高并行的算數邏輯單位。系統采用的數據采集裝置以及信息的處理是為了完成兩方面的功能，一方面是信號的采樣，另一方面是為了將信息進行量化和編碼。其功能主要是由A/D變換器來完成的，系統選用的模/數變換器是THS1206型號的模數轉換器。其中增益信號的數字化采用的是MAX156型號的多通道模數轉換器來進行的，能夠明顯地提升轉換精度。數據的通訊以及傳輸采用的是NMEA-0183通信標準的GPS信號板。信號的采集器采用的是HMR3000數字羅盤，通過對水下目標的聲壓、振速信號進行適當的處理，就能夠使得系統獲取到更為準確和全面的信息數據，并且該裝置在實際應用中有著較小的體積、穩定性強、安裝方便等優點。

3 系統的軟件設計

依照上文中的系統的功能指標，結合硬件部分的設計，對系統的軟件部分進行設計，根據硬件的基礎要求采用可編程控制的方式對系統展開軟件部分的設計。主程序首先需要完成對核心處理器及其他零部件的初始化設置，在完成初始化設置后，啟動羅盤對水下信號進行采集，在信號采集開始階段，控制器先對海上設備的采樣率進行調整，調整完成后控制器向數據采集板發送相關的請求信息，采集板已中斷的方式相應，在響應后對水下的的環境信息以及水下的聲源信號以及振動信號進行識別，識別完成后將采集到的信息存儲在采集板的內部數據單位內部。在完成信息數據的采集工作后，系統控制器開始進行數據通訊板塊的信息傳輸工作，利用信息數據的傳輸實現對采集到的信號進行通訊操作。

通訊板塊的各個服務程序在完成了對羅盤信息、GPS信息的讀取后，對通訊、電源的狀態的信息和命令碼進行回傳，開始進行命令解析，解析完成后開始執行數據的發送操作，數據的發送操作是由McBSP1來完成的，按照系統內部設定的通訊協議對信息進行指定工作方式的信息發送。為了提高信息再發送過程中的傳輸效率，所有的信息內容采取打包的形式進行數據的發送，在系統控制器判斷狀態是否符合信息發送的要求，當信息發送的狀態符合相應的要求后，通訊板塊開始進行信息的發送，將外部存儲器的采樣結果之內部發送緩沖區，最后將數據連續的發送出去，為了保證信息發送的不間斷性，在發送的過程中要關閉所有的中斷源，保證信息發送完成。

岸上的信號接收系統同時開始進行信息的接收，將接收到的信號輸送到岸上的控制器進行信號的數據解析，解析完成后對信息進行記錄，并將信息進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信息進行實時的檢查和分析，以此來判斷水下的環境的動態變化。通過采用上述的軟件應用的信號處理，實現了整個海上區域警戒聲納信息處理及通訊系統的水下環境信號采集、信號的通訊傳遞以及信號的實時顯示等功能，并且從系統的的功能情況來看能夠達到相應的功能。

4 測試效果

為了保證系統的功能和指標能夠達到海上工作的狀態要求，采用了不同程度的試驗階段，通過采用湖試、通訊試驗最后在海上進行試驗，每個是階段通過設置不同的實驗要求和目的，以達到對系統的運行狀態、穩定性、可靠性的測試。尤其是在最后的海試實驗中，整個裝置的系統檢測功能不僅達到了設定的指標要求，而且精確度和分辨能力完全超過了相應的指標要求，證明了裝置在實際的應用中有著很好的穩定性、可靠性。

5 結語

海上裝備對水下環境信息以及水下目標的信息的采集和識別對海上航行具有著非常重要的通。本文通過對海上區域警戒聲納信息處理及通訊系統進行詳細的功能闡述，通過對其系統的硬件設備進行選型，并更具實際功能需求對硬件系統各個元器件的功能進行分析。再結合網絡信息以及通訊，對整個系統的軟件系統運行流程進行了闡述。最后通過系統在湖試、通訊測試以及海試中的運行狀態和運行效果進行實驗驗證，證明了系統有著非常高的穩定性和可靠性，說明系統能夠在實際海上發揮出其作用。系統雖然能夠完成設定的功能，并穩定運行，但是仍需要今后不斷地創新和改進，以適應更具有挑戰性的海上環境，更需要不斷地進行擴展，為促進海上航行發揮更加重要的作用。