声纳激励装置研制总结报告(编辑修改稿)

声纳激励装置研制总结报告(编辑修改稿)内容摘要：

海学院 3 – 线谱信号的频率精度： 10 Hz； f. 海底介质类型：沙、淤泥、卵石； g. 海深及海况：海深 100～ 1000m ；海况 ≤ 5 级海况。 h. 背景噪声：白噪声、海洋环境噪声，信噪比可变； i. 数据更新率为 40ms； j. 声场仿真的理论置信度不小于 90％，实际置信度不小于 70％； (3) 主被动浮标工作模式下的性能要求 a. 主动浮标个数： 1； b. 被动全向浮标个数： 1～ 6； c. 目标误差：方位误差为不大于 176。 ，距离误差不大于 ％； d. 水文条件：中等水文条件； e. 目标潜艇：个数为 1～ 2，航速为 0～  40 节，目标水平变化为 0~ 60176。 ，潜艇声发射特性为 3 亮点模型； k. 主动浮标信号体制：脉冲宽度为 160ms，信号形式为 CW 信号或 LFM 信号，信号频率范围 ～ ；信号的频率精度： 10 Hz；工作周期为 6s；声源级为 185dB； l. 海底介质类型：沙、淤泥、卵石； m. 海深及海况 ：海深 100～ 1000m ；海况 ≤ 5 级海况。 n. 背景噪声：白噪声、海洋环境噪声、混响。 信噪比可变； o. 数据更新率为 40ms； p. 声场仿真的理论置信度不小于 90％，实际置信度不小于 70％。 吊放声纳激励装置的性能指标 a. 吊放声纳基阵流形：圆柱阵； a. 阵元数： 96，每周 12 个，共 8 周； b. 潜艇目标：个数 1～ 2 个，航速为 0～ 40 节，目标水平变化为 0～ 060 ，潜艇声发射特性为 3 亮点模型； c. 主被动信号的频率精度： 10 Hz； d. 海深及海况：海深 100～ 1000m ；海况 ≤ 5 级海况。 e. 海底介质类型：沙、淤泥、卵石； f. 吊放声纳水平方位误差：不大于 176。 ； g. 主动吊放声纳的距离误差：不大于 ％； h. 背景噪声：白噪声、海洋环境噪声、混响，信噪比可变； i. 模拟距离变化： 0～ 10km； j. 主动声纳脉冲宽度 10ms～ 400ms，信号形成为 CW 信号和 LFM 调频信 声纳激励装置研制总结 西北工业大学航海学院 4 – 号，信号频率范围 ～。 工作周期为 ～ 12s，声源级 220dB； k. 声场仿真的理论置信度不小于 90％，实际置信度不小于 70％。 接口性能指标 a. 硬件接口  电源接口： 220V 10％， 50Hz 1Hz；  以太网接口，电气特性符合 ITU－ ，通信协议符合 ，波特率 100Mbps 以上； b. 软件接口：  详细接口控制定义将在接口控制文件中描述。 声纳激励装置研制总结 西北工业大学航海学院 5 – 2 声纳激励装置的组成和工作原理 声纳激励装置的硬件总体系统结构如图 所示，机 柜与试验室标准机柜的尺寸和颜色保持一致，其中嵌入式系统采用 CPCI 总线结构。 CPCI 嵌入系统内包括 CPCI 机箱及电源模块、 CPU 模块、 DSP 模块等，其结构框图如图 所示。 声纳激励装置的组成 根据声纳激励装置的技术协议，声纳激励装置应具备声纳浮标和吊放声纳两种声场的模拟功能，因此，声纳激励装置具有计算任务繁重，实时性要求高，通信数量率高等特点。 为了在项目总经费预算范围，实现声纳激励装置的功能要求和技术指标，声纳激励装置采用系统集成和自研相结合的方法来设计。 其硬件组成框图如图 3 所示。 系统组成清单如表 1 所示。 图 声纳激励装置的硬件系统结构示意图 声纳激励装置研制总结 西北工业大学航海学院 6 – 声 纳 激 励 装 置C P C I 主 板C P C I 机 箱D S P 模 块液 晶 显 示 器C P C I 嵌 入 式 系 统机 柜鼠 标键 盘A C 模 块 化 电 源图 声纳激励装置的硬件组成示意图 表 声纳激励装置的设备清单 名称 型号，规格 数量 /个 备注 机柜 19 英寸标准机柜 1 购买 19 寸液晶显示器 飞利浦 193E1SB/93 1 购买 鼠标 1 购买 键盘 1 购买 CPCI 机箱 研华 CMIC3001A/8MF 1 购买 CPCI 主板 研华 CMIC3321D0E 1 购买 DSP 模块 自研的高性能 DSP 模块 2 自研 AC 模块化 CPCI 电源 研华 cPSH325/AC 1 购买 附件 电源线， VGA 线、 LAN 线 若干 购买 系统工作原理 根据声纳激励装置技术协议和图 1 所示的航空电子系统综合环境平台可知，声纳激励装置应能够通过以太网接收仿真中心发送来的海况信息、水下目标信息、声纳布放等信息，同时它应能根据所产生的海洋噪声、水下目标声场、主动声纳声场等的叠加声场产生声纳的侦听模拟声信号，并输出给声纳激励装置及侦听装置。 经过对上述功能要求分析，决定采用高性能的 CPCI 嵌入式系统方案。 利用 声纳激励装置研制总结 西北工业大学航海学院 7 – CPCI 主板模块的 LAN 口，接收仿真中心发送来的海况信息、水下目标信息、声纳布放等信息。 同时 CPCI 主板还具备丰富的外设接口，包括 USB、 VGA 及 PS2等，为了便于声纳激励装置的调试，给声纳激励装置配置了鼠标、键盘及显示器等人机接口设备。 声纳激励装置应具备航空多基地声纳（声纳浮标）声场和任意阵列流形的阵列声场（吊放声纳）两种模拟功能，能实时模拟产生海洋环境噪声、水下目标辐射声场、散射声场、主动声纳声场等，该技术方案采用自研的高性能 DSP 模块来完成上述信号处理任务，信号处理任务的实时性分析在 DSP 模块章节展开。 声纳激励装置除计算 任务重，实时性要求高的特点外，还具有通道数多，通信数据量大等特点。 为了提高通信数据率，方案中，高性能的 DSP 模块还设计了 LAN 口，计算所产生的仿真数据，可以不经过 CPCI 主板，直接将它们传送至声纳激励装置。 声纳激励装置硬件连接关系及数据通信路径如图 所示。 C P C I 主 板 模 块D S P 模 块 1D S P 模 块 2C P C I仿 真 中 心L A N声 纳 仿 真 器L A NL A NV G AP S 2C P C I 嵌 入 式 系 统液 晶 显 示 器键 盘鼠 标U S BA C 模 块 化 电 源图 声纳激励装置的硬件连接关系图 声纳激励装置研制总结 西北工业大学航海学院 8 – CPCI 嵌入式系统 CPCI 嵌入式系统是声纳激励装置的核心部分，如图 所示。 它主要包括CPCI 机箱、 CPU 主控模块， DSP 模块及 AC 模块化的 CPCI 电源等，其硬件连接关系和数据通讯路径如图 所示。 CPCI 嵌入式系统示意图如图 所示， CPU 主控模块安装在系统插槽内，而 DSP 模块则安装在 I/O 插槽内，图中的冗余电源即为前述的 AC 模块化的 CPCI电源。 CPCI 嵌入式系统内部结构示意图如图 所示。 图 和图 均未给出 CPCI 嵌入式系统的外部通信接口，这将在各个模块相应的章节内给出。 图 CPCI 嵌入式系统 C P C I电 源C P U D S P 2D S P 1 图 CPCI 嵌入式系统内部结构 声纳激励装置研制总结 西北工业大学航海学院 9 – 机柜 机柜采用 19 英寸标准机柜，与中航工业 615 所试验室标准机柜的尺寸和颜色保持一致，其结构示意图如图 所示。 图 19 英寸标准机柜 CPCI 机箱 CPCI 机箱选用研华公司生产的 CMIC3001A/8MF 机箱，未安装任何模块的机箱如图 所示。 CMIC3001A/8MF 是一款带有 3U CPCI 的 8 槽机箱 ，可机架安装或面板安装的 4U 机箱， 支持 19 英寸机架安装。 它采用了灵活的模块化设计，用户可根据自己的需要构建应用。 设备托架中预留的空间可用来安装外设板卡 ，如 ”硬盘或 CDROM 驱动器等。 本系统主要用来安装高性能的 DSP模块。 图 CMIC3001A/8MF 机箱（未安装任何模块） 声纳激励装置研制总结 西北工业大学航海学院 10 – 图 CMIC3001A/8MF 机箱 2 安装 CPU主板模块和 AC 模块化 CPCI 电源后的 CMIC3001A/8MF 机箱如图 所示。 CPU 主板模块安装在系统插槽内，图 中的冗余电源即为前述的AC 模块化 CPCI 电源。 ，项目的 DSP 模块安装在机箱的 I/O 插槽内， 1U 高度的风扇模块能够为系统提供强劲的冷却空气。 在板卡插槽的底部有一个热插拔的风扇架 ，风扇架带有两个 113CFM 高速风扇。 风扇转速器输出可让报警模块对风扇速度进行监测，在风扇底板上设计有保护电路，可减少风扇热插拔过程中出现的尖峰和噪声。 此设计可让用户在不关闭系统的情况下，方便地更换新的风扇。 CMIC3001A/8MF 的特点 CMIC3001A/8MF 的主要特点有： (1) 8 个 3UCPCI 插槽； (2) 易于安装，包括机架安装和面板安装； (3) 热插拔无源底板； (4) 热插拔风扇模块、故障检测及报警通知； (5) 逻辑地和机箱地可隔离或共用。 CMIC3001A/8MF 的性能 (1) 无源底板  插槽： 3U CPCI 8 槽  总线： 32 位 /33 MHz  Vio 电压： V/5 V（通过短路条选择 ) (2) 驱动器托架 硬盘或 CDROM 有 (3) 冷却 声纳激励装置研制总结 西北工业大学航海学院 11 – 风扇 MIC3001AR/8A, MIC3001HR/8A: 2 (2 *113 CFM) (4) 电源 输入： 90 ~ 132 VAC/180 ~ 264 VAC @ 47 ~ 63 Hz. 输出： 250 W (5) 负载（ /安培） 表 CMIC3001A/8MF 机箱的负载性能 信号负载 + V +5 V 5V +12V 12 V +5 Vsb 最大 18 25 1 5 最小 0 0 0 (6) 环境  工作温度： 0~50℃ ；  存储温度： 40~80℃；  存储湿度： 10~90%@40℃。 (7) 物理规格  尺寸（ W H D）： 440 178 283mm；  重量： 10kg； (8) 抗振性（工作）。