舰船综合声呐记录仪改进性修理研究

盛成明，唐锁夫，范俊云

(海军702厂，上海 200434)

舰船综合声呐记录仪改进性修理研究

盛成明，唐锁夫，范俊云

(海军702厂，上海 200434)

文章针对舰船综合声呐记录仪关键备件停产导致的备件缺乏、性能下降及设备维修保障等困难，提出了在保持综合声呐记录仪原有接口和外观不变的情况下，对综合声呐记录仪进行改进性修理的方法，利用成熟技术研制新的综合声呐数字记录仪，替代原综合声呐记录仪，提高设备的可靠性，满足设备日常使用的需求。

综合声呐；记录仪；改进性修理

舰船综合声呐记录仪用于接收并显示综合声呐的信息，观察目标信号方位的变化和确定目标的方位，进行信息存档，并通过打印机在打印纸上记录目标信息，对于长时间水下航行尤其是水下状况复杂时的目标判断时，作用尤为明显。

现有的综合声呐记录仪，其主板、接插件及连接线都是民品级标准，随着设备服役年限的增长，主板上的多个器件老化，性能下降，以致经常出现设备死机等故障；而且关键备件均因停产导致备件缺乏，出现设备维修保障困难等问题。

因此对综合声呐记录仪进行改进性修理，在保持其原有接口和外观不变的情况下，利用成熟技术研制综合声呐数字记录仪替代原综合声呐记录仪，不但可以解决目前设备备件缺乏的难题，而且可以提高设备的可靠性，满足设备日常使用的需求。

1 技术方案

1.1 系统组成

综合声呐数字记录仪系统可分为数据采集、主控系统、数据存储记录、数据压缩编码、目标显示和数据回放等模块[1]，其实现框图如图1所示。

图1 综合声呐数字记录仪总体实现框图

原始音频记录信号及偏转信号，经数据采集模块，在主控系统的控制综合处理下，分别将数据送至目标显示模块、数据存储模块、数据压缩模块，以实现目标方位图像、原始音频、操作控制等信息在内的声呐信号记录系统所记录下的各种信息的显示、实时存储及数据回放。

1.2 硬件设计

综合声呐数字记录仪系统硬件结构如图2所示，主要组成如表1所示，沿用主流的成熟的满足采用要求的技术途径，采用工业级加固型CPCI机箱，配备工业级的主板模块和数字采集卡构成硬件平台基础，开发基于CPCI总线的设备相应软件，以完成对综合声呐回波信号的处理及显示[2]。

图2 综合声呐数字记录仪系统硬件结构图

硬件名称硬件描述CPCI插箱1UCPCI便携式加固机箱CPU模块芯片：Intel915芯片组架构PentiumM；主频：2．0GHz，支持1GBDDR2533/400MHz板载内存，915GM显卡，板内集成网络、串口、CF卡、USB、并口、SATA硬盘等标准接口采集卡12位150MHz/s4路同时采集磁盘180GSATA接口2．5寸固态盘电源模块工业级低压DC-DC电源，为整个平台提供电源

来自综合声呐的信号经过便携式CPCI加固机箱的接口，分别连接到信号隔离后I/O板，对来自综合声呐的信号、电源和地进行隔离[3]，回波信号的采集在系统目标显示软件的控制下进行，数据信息通过66 MHz、64位的CPCI接口传至主板后，由系统主程序控制。

1.3 软件设计

声呐目标显示软件编程的实现，选择在Windows平台上利用Visual C++6.0以及MFC类库建立OpenGL程序，使用Visual C++提供的AppWizard(集成开发环境下的高级代码生成器)来设置编程环境，创建应用程序框架。

为保证回波信号传输数据的实时读取、目标信号的实时刷新显示和存储，采用了系统显控软件中的多线程技术[4]。在实际设计中，不同的功能模块由不同的线程实现，利用Windows操作系统的这种多线程机制，使得各个功能模块能够有条不紊地进行，主线程运行流程图如图3所示。

图3 主线程运行流程图

2 技术特点

1)实效性好。研制的数字记录仪能同时对3个频段的回波信号进行采集、存储并显示，实时检测可疑目标，较之原设备有更好的实效性。

2)人机对话方便。以图形文字结合的方式提示目标状态，具有良好的人机交互方式，便于操作使用，同时多种图形显示方式，避免了原设备图形显示的单一性。

3)结构紧凑。选用加固CPCI主机箱，体积小、重量轻、功能强、可靠性高，适合工作于舰船空间小、电磁环境复杂的场所。

4)系统配置灵活。便于系统的升级、维护方便；扩展能力强大，实现实时数据存储与历史数据脱机回放。

5)维护成本低。内建测试程序能够完成测试维修自动化，将设备的各部分功能测试结果以图形和文字形式显示出来，故障定位可精确到芯片及连接部件，提高可维修性，降低维修成本。

3 改进性修理后功能

研制的综合声呐数字记录仪在原有功能的基础上有以下几种新功能。

1)系统内建测试功能。利用主板强大的功能设计了系统内建测试模块用于实时检测综合声呐数字记录仪的各硬件部分的状态[5]，船员可以通过软件方便查看系统各部分工作状况，发现故障后立刻通过图形、文字及声音形式提出报警和解决方案。

2)具备多种显示方式。由于综合声呐数字记录仪具备了强大的硬件基础，3个频段的波形信号经过采集并存储后，可以通过系统强大的显示功能以多种方式显示出来，综合各种因素，选用以下3种图形显示方式：除保留原显示方式外，增加B显、综合声呐主显示器的数字化显示，可供选择使用。

3)语言选择功能。保留了原有的外文显示，同时提供中文选择，确保装备安全使用。操作显示界面汉化后，船员能尽快掌握系统的操作使用，缩短人员岗位调整后装备战斗力形成时间，降低培训成本，提高工作效率；操作人员能正确理解和处理系统运行时给出的异常信息提示，确保对装备的安全操作，保证装备使用安全。

4)数据实时存储及脱机回放。数据回放主要完成包括目标方位图像、原始音频、操作控制等信息在内的声呐信号记录系统所记录下的各种信息的再现，它可以完全独立于记录系统之外，随时实现对历史数据的回放。

4 结束语

舰船综合声呐记录仪改进性修理，采用在保持原有接口和外观不变的情况下，利用成熟技术对综合声呐记录仪结构、总线、接插件进行了硬件升级，通过升级设备计算机主板，提升了内部运行速度，提高了系统的稳定性和可靠性，改善了系统运行稳定性；通过升级系统程序，利用数字图像压缩技术对综合声呐的回波信号和音频信号的实时记录和存储，实现了脱离主机同步回放，利用先进的数字信号处理方法对目标信号进行处理和多种方式显示，提高了综合声呐发现目标的能力，达到了改进性修理的预期目的。

[1]李启虎. 数字式声呐设计原理[M]. 合肥: 安徽教育出版社, 2003.

[2]李国胜.基于CPCI总线的高速数据记录系统设计[J].计算机与网络，2011(9)：14-18.

[3]朱永兴，翁明远，张波. 基于CPCI总线的数据采集与处理系统 [J] . 计算机工程, 2008(1)：13-15.

[4]汪磊.基于通用信号处理机的开放式声呐实时数据流管理中间件的研究[D].南京：东南大学，2010.

[5]苏涛,吴顺君，廖晓群.高性能数字信号处理机与高速实时信号[M].西安：西安电子科技大学出版社， 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，浙江宁波人，高级工程师，硕士，主要从事声呐装备维修保障与科研工作。

U672

10.13352/j.issn.1001-8328.2017.01.006

2016-09-22