[发明专利]一种主动声纳目标模拟器信号处理方法

说明书

技术领域

本发明属于声纳信号处理领域，用于海洋水声应答装置，主要是一种主动声纳目标模拟器信号处理方法。 

背景技术

本发明研制的最初目的是作为主动声纳的目标模拟手段，模拟潜艇的声反射来评估主动声纳的性能。声纳设备区分为主动声纳和被动声纳，被动声纳只监听海洋中的声音，主动声纳发射脉冲声信号，然后等待监听信号的回波。声信号在海水中传播，遇到鱼群、潜艇、船舶会产生反射。本发明模拟这种反射，它能识别出声纳信号并相应产生应答，用来取代真正的潜艇来评估主动声纳的性能，因此具有一定的实用和经济价值。 

水声应答器由于在水声领域有诸多用途，使用非常频繁，所以种类型号很多。但经调研，市场上没有应答器能够符合我们的要求，因为它们都不能识别出信号的形式的。这些应答器一般只是响应外部声信号的能量触发。只要外部声信号能量大过一定阈值，就能引起应答器应答。但因为不能识别信号，所以常常造成误应答、乱应答，这是所有这些应答器的缺点。它们的应答的内容则一般有两种：一种是用户预先设定好的信号形式；一种是应答器随时采样记录下的波形。前一种需要用户的干预，事前设定好固定下来，因此使用很不方便甚至在试验时间很紧张的条件下无法使用；后一种应答的信号类型是一致的，但它有另外两个缺点：第一是它应答的信号还包含了周围的噪声，这是一个不利的因素；第二是没法加上多普勒频移或者其他信号特性。相反，采用本发明实现的应答器克服上述缺点，实现如下优点：自动识别，实现无人值守；抗干扰能力强、误触发概率小，产生信号信噪比高；可以灵活增加多普勒频移和反射强度或其他信号特征等。 

有的应答器存在的问题是应答时间不确定，从主动声纳发射信号，到应答信号的时刻不确定，也就不能将应答时间用来计算距离。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种主动声纳目标模拟器信号处理方法，用途包括水声通讯、水声定位、水声测量和主动声纳目标模拟器等。 

本发明的另一目的是提出一种区分单频信号与调频信号的信号处理方法。 

本发明的另一目的是本发明提出一种应答时间固定的方法。 

本发明的另一目的是提出一种简洁高效、计算量小，适用于在低功耗的定点芯片上运行的识别声纳信号的算法。 

为解决上述技术问题，本发明是提出以下技术方案实现的：这种主动声纳目标模拟器信号处理方法，该方法步骤如下： 

1、水声换能器拾取水中音频信息，通过接收/发射转换转换为微弱的电信号；电信号经前置放大电路电压被放大，通过模拟低通抗混叠滤波器滤波，然后模数转换器将模拟电信号转换为离散数字信号，离散数字信号通过SPI串口送给信号处理芯片进行处理； 

2、信号处理程序放在闪存中，各种声纳信号的波形储存在SD存储卡中，当需要应答声纳信号时，信号处理程序通过SD存储卡接口读取存储在SD存储卡中的数字序列； 

3、在信号处理芯片内部存储区中开辟一个双缓冲区，读取的数据以循环的方式放在双缓冲区中，同时按固定时间间隔读取双缓冲区中的数据通过SPI串口送给数模转换器，数模转换器将数字信号转换为模拟电信号，经过模拟低通平滑滤波器滤除高次谐波，再经功率放大电路放大，通过接收/发射转换推动水声换能器把信号转换为声信号。 

所述信号处理程序检测声纳信号的过程，也即是应答器的信号处理方法如下： 

第一，采样量化后的信号先通过一个前滤波器，抽取后通过三个并行的不同中心频率的上滤波器、中滤波器和下滤波器将单频信号和调频信号这两种信号区分开来；同时计算信号的时间长度，对单频信号，通过测量其通过中滤波器后的脉冲长度估计信号时间长度；对调频信号，则通过测量其通过三个滤波器后的依次出现的三个脉冲之间的距离估计信号时间长度； 

第二，从上滤波器、中滤波器和下滤波器这三个滤波器出来的信号分别进行能量累积，即线性滤波；即对一定时间长度输入信号取平方后相加，然后输出；再对下一时间段信号平方相加，周而复始； 

第三，阈值判断，输出二元值； 

第四，计算脉冲宽度； 

第五，判断信号形式，根据三个滤波器输出判断是单频信号还是调频信号和信号长度是多少； 

第六，信号强度估计：阈值检测模块同时将信号能量峰值记录下来，作为信号强度估 计值，用于确定应答信号强度；