海上区域警戒声纳信息处理及通讯系统的设计与实现

高磊磊，闫春志，王 尼

（战略支援部队信息工程大学信息作战指挥系，河南 郑州 450001）

引言

海洋环境变化多端，随着近年来各国科学技术的不断发展和进步，现代化的军事装备已经具备了很高水平的潜伏能力，针对海下目标的检测和识别已经成为了现代化海上装备必须具有的一项基础功能。针对水下目标不仅要采集到复杂的海洋环境的信息，还需要对海峡的潜在目标进行信息的识别，通过利用水声探测对水下的目标进行被动检测和识别，并将收集到的信息进行分类、分析，以达到在信噪比很低的条件下目标检测和识别是目前海上技术的一大重要了领域。结合多年的海上工作经验，本文设计了一种基于双DSP完成对水下的信息数据的采集，实现数据的通讯任务，并通过对硬件系统和软件系统的设计，以达到相应的功能和技术指标，以此来增强我国海上装备的技术力量[1-3]。

1 海上区域警戒声纳信息处理及通讯系统概述

海上区域警戒声纳信息处理及通讯系统主要是为了满足对水下目标的识别、跟踪以及定位，实时锁定目标的运动状态，并且通过被动的方式实现对目标的实时跟踪。海上区域警戒声纳信息处理及通讯系统是由矢量水听器、水声信号预处理子系统和海岸信号处理集以及显示设备组成的。在系统中的矢量水听器采用的时垂直分布、硬连接的方式，其主要是由四个通道来进行声压吸纳后以及振速信号的识别，实现了只需要一台设备就能够对水下目标的矢量坐标轴进行各个方向的定位[4]。

采集识别到的信号通过DSP处理器中进行A/D数据处理和变换，最终将转换后的数据信息利用无线电通讯将信号进行传输。海岸上的无线电接收装置可以接受到由控制器发出的信号，并通过对信号进行识别，最后将原始的信号信息进行恢复，再恢复到原先的水平并复现出相应的目标信息。整个过程不断地进行识别、检测和发送，不断地进行循环往复，最后实现对水下目标的实时跟踪、定位。

2 系统的硬件设计

随着现阶段的电子技术、通讯技术以及信息技术的发展，数字信号的采集、处理已经成为了现代化发展的主要技术手段。在海上区域警戒声纳信息处理及通讯系统整个系统结构中在完成对水下目标的信息采集后，通过将信号进行处理，最后将处理完成的信号发送到岸上进行数据的分析。这是一个完整的系统应用[5]。在该系统中采用的无限同步传输模式，其涉及到的电子硬件有以下相关的电子硬件，通过对电子硬件进行选型，确定系统中电子硬件的实际使用。核心的处理其采用的是TMS320VC5402型号的处理器，其装置具备着一条程序和三条数据总线，能够实现高并行的算数逻辑单位。系统采用的数据采集装置以及信息的处理是为了完成两方面的功能，一方面是信号的采样，另一方面是为了将信息进行量化和编码。其功能主要是由A/D变换器来完成的，系统选用的模/数变换器是THS1206型号的模数转换器。其中增益信号的数字化采用的是MAX156型号的多通道模数转换器来进行的，能够明显地提升转换精度。数据的通讯以及传输采用的是NMEA-0183通信标准的GPS信号板。信号的采集器采用的是HMR3000数字罗盘，通过对水下目标的声压、振速信号进行适当的处理，就能够使得系统获取到更为准确和全面的信息数据，并且该装置在实际应用中有着较小的体积、稳定性强、安装方便等优点。

3 系统的软件设计

依照上文中的系统的功能指标，结合硬件部分的设计，对系统的软件部分进行设计，根据硬件的基础要求采用可编程控制的方式对系统展开软件部分的设计。主程序首先需要完成对核心处理器及其他零部件的初始化设置，在完成初始化设置后，启动罗盘对水下信号进行采集，在信号采集开始阶段，控制器先对海上设备的采样率进行调整，调整完成后控制器向数据采集板发送相关的请求信息，采集板已中断的方式相应，在响应后对水下的的环境信息以及水下的声源信号以及振动信号进行识别，识别完成后将采集到的信息存储在采集板的内部数据单位内部。在完成信息数据的采集工作后，系统控制器开始进行数据通讯板块的信息传输工作，利用信息数据的传输实现对采集到的信号进行通讯操作。

通讯板块的各个服务程序在完成了对罗盘信息、GPS信息的读取后，对通讯、电源的状态的信息和命令码进行回传，开始进行命令解析，解析完成后开始执行数据的发送操作，数据的发送操作是由McBSP1来完成的，按照系统内部设定的通讯协议对信息进行指定工作方式的信息发送。为了提高信息再发送过程中的传输效率，所有的信息内容采取打包的形式进行数据的发送，在系统控制器判断状态是否符合信息发送的要求，当信息发送的状态符合相应的要求后，通讯板块开始进行信息的发送，将外部存储器的采样结果之内部发送缓冲区，最后将数据连续的发送出去，为了保证信息发送的不间断性，在发送的过程中要关闭所有的中断源，保证信息发送完成。

岸上的信号接收系统同时开始进行信息的接收，将接收到的信号输送到岸上的控制器进行信号的数据解析，解析完成后对信息进行记录，并将信息进行分类整理输送到显示终端。工作人员可以通过显示终端对信息进行实时的检查和分析，以此来判断水下的环境的动态变化。通过采用上述的软件应用的信号处理，实现了整个海上区域警戒声纳信息处理及通讯系统的水下环境信号采集、信号的通讯传递以及信号的实时显示等功能，并且从系统的的功能情况来看能够达到相应的功能。

4 测试效果

为了保证系统的功能和指标能够达到海上工作的状态要求，采用了不同程度的试验阶段，通过采用湖试、通讯试验最后在海上进行试验，每个是阶段通过设置不同的实验要求和目的，以达到对系统的运行状态、稳定性、可靠性的测试。尤其是在最后的海试实验中，整个装置的系统检测功能不仅达到了设定的指标要求，而且精确度和分辨能力完全超过了相应的指标要求，证明了装置在实际的应用中有着很好的稳定性、可靠性。

5 结语

海上装备对水下环境信息以及水下目标的信息的采集和识别对海上航行具有着非常重要的通。本文通过对海上区域警戒声纳信息处理及通讯系统进行详细的功能阐述，通过对其系统的硬件设备进行选型，并更具实际功能需求对硬件系统各个元器件的功能进行分析。再结合网络信息以及通讯，对整个系统的软件系统运行流程进行了阐述。最后通过系统在湖试、通讯测试以及海试中的运行状态和运行效果进行实验验证，证明了系统有着非常高的稳定性和可靠性，说明系统能够在实际海上发挥出其作用。系统虽然能够完成设定的功能，并稳定运行，但是仍需要今后不断地创新和改进，以适应更具有挑战性的海上环境，更需要不断地进行扩展，为促进海上航行发挥更加重要的作用。