[发明专利]水声场信号实时产生器

说明书

技术领域

本发明涉及水声工程技术领域，尤其涉及一种水声场信号实时产生器。

背景技术

在声纳维修过程中，声纳接收传感器和发射换能器已经完全脱离了它赖以正常工作的海洋环境。由于声纳接收传感器在空气中不能产生信号，一般无法在车间条件下按整机性能指标检查声纳，也无法在下水前对声纳大中修级别的修理质量进行控制。

在声纳研制过程与保障性综合测试中，也经常需要虚拟的传感器阵元级声场信号。该信号是包括舰艇辐射噪声、水下目标回波、海洋环境噪声、海洋混响、外部声纳侦察脉冲等多种声场时间序列的综合信号。

在声纳模拟作战训练中，更需要仿真的传感器阵元级声场信号。该综合声场信号要能匹配海洋环境条件(海区深度、海面波高、声速剖面、海底底质)、要能关联声纳工作参数(频段、发射波形等)、要能体现敌我双方的几何态势与工况(航向、航速等)。

现有的各型声纳通常配置了“声纳基阵信号模拟器”。这类信号源虽属于可控的多通道阵元级声场信号产生器，但是其声场信号的种类较少(只有宽带辐射噪声与背景均匀噪声，没有混响等信号形式)，信号形式固定(只有固定目标，没有运动目标或运动形式简单)，信号形式单一(低频警戒信号、高频侦察信号等多种信号不能混合)，因此不能用作复杂的声纳性能测试。并且，这些传统的信号产生器都是按声纳型号专门研制的，对不同型号声纳不具备通用性。“不通用”造成设备系列化成本开销，也造成开发人力资源与时间的浪费，还造成多通道声场信号产生软件维护升级成本的大幅度上升。

因此，需要有一种可通用的信号实时产生器，其可以产生复杂的多通道特殊信号，同时满足各种型号声纳的需求。这种通用性需求通常以数字技术与软件技术方式实现。由于信号处理技术的快速发展，现在一般以通用处理器(GPU)或专用信号处理器(DSP)承载信号产生模型与算法，由于需要实时在线产生多路信号，则要求强大的并行计算能力与足够的数据吞吐量，通常需要多片专用DSP构成高效互连的并行机。在任务并行性与功能通用性兼顾的情况下，容易发生死锁等不稳建行为。

因此，亟待提供一种改进的声场信号实时产生器以克服上述缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种结构紧凑、运行稳定且可以通用于各种不同型号声纳的水声场信号实时产生器。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水声场信号实时产生器，其包括多个信号样本生成模块、信号合成模块、第一数据缓冲器、第二数据缓冲器、FIFO缓冲器、帧中断同步脉冲产生器和硬时钟产生模块。所述多个信号样本生成模块用于产生各种类型的信号波形；所述信号合成模块用于将所述信号样本生成模块产生的信号波形混合后输出；所述第一数据缓冲器用于接收并转发所述信号合成模块产生的多路混合波形；所述第二数据缓冲器用于接收并转发所述信号样本生成模块产生的数据；所述FIFO缓冲器用于接收所述第一数据缓冲器转发的数据并将其输出；所述帧中断同步脉冲产生器用于监测所述FIFO缓冲器的状态，根据所述FIFO缓冲器的状态产生同步脉冲信号，并将所述同步脉冲信号发送给所述第一数据缓冲器和第二数据缓冲器作为数据传输的时间基准；所述硬时钟产生模块用于为所述信号样本生成模块和所述FIFO缓冲器提供时间基准。

本发明的水声场信号实时产生器以硬时钟产生模块产生的硬件时钟作为整个系统的统一时间基准，FIFO缓冲器以该时间基准来传输数据，由于FIFO输出数据是受硬件时钟控制，因此不会被软件停止。当其中的数据流出一定值或其底部空标志为空时，帧中断同步脉冲产生器产生一个同步脉冲信号，该同步脉冲信号作为信号样本生成模块和信号合成模块的中断信号，进而同步第一数据缓冲器和第二数据缓冲器中数据帧的传输，从而实现了硬件同步。由于采用了硬件同步，只要中断不被嵌套、并行计算实时性满足，数据流就不会中断。即使混合后的波形不正确，或者因为并行通信链路上的意外而未被送达第一数据缓冲器中，打入FIFO缓冲器的数据流也不会间断，因而帧同步不会消失，系统也不会死锁。此外，所述水声场信号实时产生器采用了流水线式设计，各种信号数据被一级一级地输出，在帧律脉动式的推进过程中，分布式地完善计算并实现通信时延的隐藏，由此实现计算系统的高数据吞吐量。

优选地，所述第一数据缓冲器和第二数据缓冲器均为乒乓缓冲器，所述乒乓缓冲器以所述帧中断同步脉冲产生器产生的同步脉冲信号为跳转条件。