專利名稱：一種具有共同衰減能力的多種信號合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種具有共同衰減能力的多種信號合成方法，用于水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)配套設(shè)備。
背景技術(shù)：
目標(biāo)模擬器是與水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)配套使用的一種試驗(yàn)設(shè)備，用于對水下航行體所處的水聲環(huán)境及水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)接收的目標(biāo)信號，如背景噪聲、混響、艦船輻射噪聲、目標(biāo)回波及人工干擾等多種信號進(jìn)行模擬。為了真實(shí)地模擬出水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)在不同的工作階段所接收的信號，需要對同一路的多種信號(如背景噪聲、混響和目標(biāo)回波) 按一定信噪比進(jìn)行合成后同時(shí)輸出。信號合成時(shí)最小的信號和最大的信號幅度相差較大， 一般最大可達(dá)到約60dB。目前，目標(biāo)模擬器常采用硬件合成的方法，即各種信號分別按不同的要求完成幅度衰減，然后再利用信號疊加電路進(jìn)行多種信號的合成，這種合成方式導(dǎo)致硬件電路復(fù)雜，成本加大，可靠性降低，體積也隨之增加。而對一般試驗(yàn)設(shè)備而言，體積越小越方便試驗(yàn)場所使用和設(shè)備的運(yùn)輸。所以在設(shè)備研發(fā)過程中，應(yīng)盡量減少硬件電路，利用軟件方式完成設(shè)備的開發(fā)，這樣不僅可以減小設(shè)備的體積，方便使用和運(yùn)輸，而且又可增加產(chǎn)品的可靠性和可擴(kuò)展性。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為解決現(xiàn)有技術(shù)中同一路多種信號采用硬件合成方法，導(dǎo)致硬件電路復(fù)雜，成本加大，可靠性降低，體積也隨之增加的問題，本發(fā)明提出了一種具有共同衰減能力的多種信號合成方法，結(jié)合水下航行體實(shí)際工作狀態(tài)下接收信號的特征，采用軟件方式完成多種信號(如背景噪聲、混響和目標(biāo)回波)合成后，再進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換和幅度衰減，保證合成信號既滿足水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)檢測要求，又不會超出D/A的輸出范圍，確保同一路多種信號共用D/A轉(zhuǎn)換和幅度衰減電路，大大縮小了硬件規(guī)模，減少了設(shè)備的體積，方便使用和運(yùn)輸。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為所述一種具有共同衰減能力的多種信號合成方法，其特征在于包括以下步驟步驟I :根據(jù)水下航行體實(shí)際工作狀態(tài)下接收信號的特征，向工控機(jī)輸入所要模擬的目標(biāo)回波信號參數(shù)、背景噪聲信號參數(shù)和混響信號參數(shù)；步驟2 :由水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)檢測過程中所需最大不失真目標(biāo)回波信號幅度和背景噪聲信號幅度，確定共同衰減電路的衰減量和D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍由所需最大不失真目標(biāo)回波信號幅度加上門限值后，再減去D/A轉(zhuǎn)換電路最大轉(zhuǎn)換電壓的分貝數(shù)，得到共同衰減電路的衰減量；由背景噪聲信號幅度減去共同衰減電路的衰減量后，再加上穩(wěn)定余量得到D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍的下限，D/A最大轉(zhuǎn)換電壓的分貝數(shù)為D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍的上限；所述門限值不小于5dB，所述穩(wěn)定余量不大于-15dB ；
步驟3 :由步驟2得到的共同衰減電路的衰減量和步驟I中輸入的所要模擬的目標(biāo)回波信號參數(shù)、背景噪聲信號參數(shù)及混響信號參數(shù)，確定工控計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的目標(biāo)回波信號、背景噪聲信號和混響信號；步驟4 :將步驟3得到的目標(biāo)回波信號、背景噪聲信號和混響信號相加，得到合成信號，并對合成信號中超出D/A轉(zhuǎn)換電路最大輸出范圍的信號進(jìn)行限幅，令超出D/A轉(zhuǎn)換電路最大輸出范圍的合成信號取值為D/A轉(zhuǎn)換電路能夠輸出的最大值。有益效果采用本信號合成方法對水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)檢測過程中要求的多種不同信號進(jìn)行合成，同一路合信號送入D/A轉(zhuǎn)換和幅度衰減電路，完成了對同一路多種信號的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換和實(shí)時(shí)控制，實(shí)現(xiàn)了水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)接收的水聲背景和目標(biāo)回波的實(shí)時(shí)模擬，大大縮小了硬件規(guī)模，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)模擬器的便攜式一體化設(shè)計(jì)?？朔爽F(xiàn)有方法中采用硬件電路先D/A轉(zhuǎn)換、衰減，后合成，導(dǎo)致硬件電路復(fù)雜等問題。


圖I :實(shí)施例中的方法的流程示意圖；圖2 :現(xiàn)有目標(biāo)模擬器的信號合成框圖；圖3 :本實(shí)施例中目標(biāo)模擬器的信號合成框圖；圖4 :采用本發(fā)明信號合成方法前信噪比達(dá)到60dB的合信號；圖5 :采用本發(fā)明信號合成方法后信噪比達(dá)到60dB的合信號；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明實(shí)施例參照附圖1，本實(shí)施例中的具有共同衰減能力的多種信號合成方法包括以下步驟步驟I:根據(jù)水下航行體實(shí)際工作狀態(tài)下接收信號的特征，向工控機(jī)輸入所要模擬的目標(biāo)回波信號參數(shù)、背景噪聲信號參數(shù)和混響信號參數(shù)。本實(shí)施例中，所要模擬的背景噪聲信號幅度為-IOOdB,目標(biāo)回波信號幅度為-40dB。步驟2 :由水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)檢測過程中所需最大不失真目標(biāo)回波信號幅度和背景噪聲信號幅度，確定共同衰減電路的衰減量和D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍由所需最大不失真目標(biāo)回波信號幅度加上門限值后，再減去D/A轉(zhuǎn)換電路最大轉(zhuǎn)換電壓的分貝數(shù)，得到共同衰減電路的衰減量；由背景噪聲信號幅度減去共同衰減電路的衰減量后，再加上穩(wěn)定余量得到D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍的下限，D/A最大轉(zhuǎn)換電壓的分貝數(shù)為D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍的上限；為了更好地保證需要模擬的合信號的信息特性，所述門限值不小于5dB,所述穩(wěn)定余量不大于-15dB。本實(shí)施例中，所需最大不失真目標(biāo)回波信號幅度為_70dB，要模擬的背景噪聲信號幅度為-IOOdB,門限值為5dB，D/A轉(zhuǎn)換電路最大轉(zhuǎn)換電壓為10V，對應(yīng)的D/A轉(zhuǎn)換電路最大轉(zhuǎn)換電壓的分貝數(shù)為20dB，得到共同衰減電路的衰減量為_85dB，這里共同衰減電路的衰減量即固定衰減量；穩(wěn)定余量取_15dB，得到D/A轉(zhuǎn)換電路輸出動態(tài)范圍的下限為_30dB，D/A轉(zhuǎn)換電路輸出動態(tài)范圍的上限為20dB，這里D/A轉(zhuǎn)換電路輸出動態(tài)范圍即可調(diào)衰減量。本方法中，如此選擇的目的，一方面，為了保證-IOOdB的背景噪聲信號進(jìn)行D/A 轉(zhuǎn)換后的信息特性，減少后續(xù)電路處理的損失，所以要盡量減小穩(wěn)定余量；另一方面，為了更加接近所要模擬的目標(biāo)回波的真實(shí)特性，應(yīng)盡量加大門限值，這樣會越來越加大送入D/A 轉(zhuǎn)換電路的信號幅度，然而，信號幅度一旦超過D/A轉(zhuǎn)換電路的最大輸入范圍，D/A轉(zhuǎn)換電路就無法正常工作。因此，只要能夠保證后續(xù)對目標(biāo)回波信號進(jìn)行限幅處理后，不會影響水下航行體的檢測性能，就可以盡可能地減小穩(wěn)定余量，加大送入D/A轉(zhuǎn)換電路的背景噪聲幅度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)回波信號、背景噪聲信號和混響信號能共用D/A轉(zhuǎn)換電路和衰減電路。鑒于上述原因，選定固定衰減量(共同衰減電路的衰減量)為_85dB，可調(diào)衰減量(D/A轉(zhuǎn)換電路輸出動態(tài)范圍)為-30dB 20dB。步驟3 :由步驟2得到的共同衰減電路的衰減量和步驟I中輸入的所要模擬的目標(biāo)回波信號參數(shù)、背景噪聲信號參數(shù)及混響信號參數(shù)，確定工控計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的目標(biāo)回波信號、背景噪聲信號和混響信號；本實(shí)施例中，按照步驟2中選定的固定衰減量為-85dB，要模擬的目標(biāo)回波信號幅度為_40dB時(shí)，工控計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的目標(biāo)回波信號幅度為45dB，要模擬的背景噪聲信號幅度為-IOOdB時(shí)，工控計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的背景噪聲信號幅度為_15dB。步驟4 :將步驟3得到的目標(biāo)回波信號、背景噪聲信號和混響信號相加，得到合成信號，并對合成信號中超出D/A轉(zhuǎn)換電路最大輸出范圍的信號進(jìn)行限幅，令超出D/A轉(zhuǎn)換電路最大輸出范圍的合成信號取值為D/A轉(zhuǎn)換電路能夠輸出的最大值。實(shí)現(xiàn)方式是在軟件流程中增加判斷流程，判斷合成信號中是否存在幅度大于D/A轉(zhuǎn)換電路輸出最大值的點(diǎn)， 若存在，則令該點(diǎn)取值為D/A轉(zhuǎn)換電路能夠輸出的最大值，本實(shí)例中即IOV。自此就可以完成-IOOdB背景噪聲信號和-40dB目標(biāo)回波信號的信號合成。本實(shí)施例能夠順利解決了同一路多種不同幅度的信號共同使用D/A轉(zhuǎn)換電路和衰減電路的問題，既克服了現(xiàn)有方法中每一種信號通過硬件電路分別進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換及衰減，導(dǎo)致硬件復(fù)雜的問題，又保征了需要模擬的合信號的信息特性，滿足水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)檢測需求。
權(quán)利要求
1.一種具有共同衰減能力的多種信號合成方法，其特征在于包括以下步驟步驟I:根據(jù)水下航行體實(shí)際工作狀態(tài)下接收信號的特征，向工控機(jī)輸入所要模擬的目標(biāo)回波信號參數(shù)、背景噪聲信號參數(shù)和混響信號參數(shù)；步驟2 :由水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)檢測過程中所需最大不失真目標(biāo)回波信號幅度和背景噪聲信號幅度，確定共同衰減電路的衰減量和D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍由所需最大不失真目標(biāo)回波信號幅度加上門限值后，再減去D/A轉(zhuǎn)換電路最大轉(zhuǎn)換電壓的分貝數(shù)，得到共同衰減電路的衰減量；由背景噪聲信號幅度減去共同衰減電路的衰減量后，再加上穩(wěn)定余量得到D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍的下限，D/A最大轉(zhuǎn)換電壓的分貝數(shù)為D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出動態(tài)范圍的上限；所述門限值不小于5dB，所述穩(wěn)定余量不大于-15dB ；步驟3 由步驟2得到的共同衰減電路的衰減量和步驟I中輸入的所要模擬的目標(biāo)回波信號參數(shù)、背景噪聲信號參數(shù)及混響信號參數(shù)，確定工控計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的目標(biāo)回波信號、背景噪聲信號和混響信號；步驟4 :將步驟3得到的目標(biāo)回波信號、背景噪聲信號和混響信號相加，得到合成信號， 并對合成信號中超出D/A轉(zhuǎn)換電路最大輸出范圍的信號進(jìn)行限幅，令超出D/A轉(zhuǎn)換電路最大輸出范圍的合成信號取值為D/A轉(zhuǎn)換電路能夠輸出的最大值。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種具有共同衰減能力的多種信號合成方法，結(jié)合水下航行體實(shí)際工作狀態(tài)下接收信號的特征，向工控機(jī)輸入所要模擬的目標(biāo)回波信號參數(shù)、背景噪聲信號參數(shù)和混響信號參數(shù)，并采用軟件方式完成多種信號(如背景噪聲、混響和目標(biāo)回波)合成后，再進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換和幅度衰減，保證合成信號既滿足水下航行體自導(dǎo)系統(tǒng)檢測要求，又不會超出D/A的輸出范圍，確保同一路多種信號共用D/A轉(zhuǎn)換和幅度衰減電路，大大縮小了硬件規(guī)模，減少了設(shè)備的體積，方便使用和運(yùn)輸。
文檔編號G01S19/35GK102608630SQ20121005362
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者周晶, 管玲, 郁蓉, 鈕樾, 陳曦, 陳朝暉 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇五研究所