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专利名称：一种具有共同衰减能力的多种信号合成方法
技术领域：
本发明涉及信号处理技术领域，具体为一种具有共同衰减能力的多种信号合成方法，用于水下航行体自导系统配套设备。
背景技术：
目标模拟器是与水下航行体自导系统配套使用的一种试验设备，用于对水下航行体所处的水声环境及水下航行体自导系统接收的目标信号，如背景噪声、混响、舰船辐射噪声、目标回波及人工干扰等多种信号进行模拟。为了真实地模拟出水下航行体自导系统在不同的工作阶段所接收的信号，需要对同一路的多种信号(如背景噪声、混响和目标回波) 按一定信噪比进行合成后同时输出。信号合成时最小的信号和最大的信号幅度相差较大， 一般最大可达到约60dB。目前，目标模拟器常采用硬件合成的方法，即各种信号分别按不同的要求完成幅度衰减，然后再利用信号叠加电路进行多种信号的合成，这种合成方式导致硬件电路复杂，成本加大，可靠性降低，体积也随之增加。而对一般试验设备而言，体积越小越方便试验场所使用和设备的运输。所以在设备研发过程中，应尽量减少硬件电路，利用软件方式完成设备的开发，这样不仅可以减小设备的体积，方便使用和运输，而且又可增加产品的可靠性和可扩展性。

发明内容
要解决的技术问题为解决现有技术中同一路多种信号采用硬件合成方法，导致硬件电路复杂，成本加大，可靠性降低，体积也随之增加的问题，本发明提出了一种具有共同衰减能力的多种信号合成方法，结合水下航行体实际工作状态下接收信号的特征，采用软件方式完成多种信号(如背景噪声、混响和目标回波)合成后，再进行D/A转换和幅度衰减，保证合成信号既满足水下航行体自导系统检测要求，又不会超出D/A的输出范围，确保同一路多种信号共用D/A转换和幅度衰减电路，大大缩小了硬件规模，减少了设备的体积，方便使用和运输。技术方案本发明的技术方案为所述一种具有共同衰减能力的多种信号合成方法，其特征在于包括以下步骤步骤I :根据水下航行体实际工作状态下接收信号的特征，向工控机输入所要模拟的目标回波信号参数、背景噪声信号参数和混响信号参数；步骤2 :由水下航行体自导系统检测过程中所需最大不失真目标回波信号幅度和背景噪声信号幅度，确定共同衰减电路的衰减量和D/A转换电路的输出动态范围由所需最大不失真目标回波信号幅度加上门限值后，再减去D/A转换电路最大转换电压的分贝数，得到共同衰减电路的衰减量；由背景噪声信号幅度减去共同衰减电路的衰减量后，再加上稳定余量得到D/A转换电路的输出动态范围的下限，D/A最大转换电压的分贝数为D/A转换电路的输出动态范围的上限；所述门限值不小于5dB，所述稳定余量不大于-15dB ；
步骤3 :由步骤2得到的共同衰减电路的衰减量和步骤I中输入的所要模拟的目标回波信号参数、背景噪声信号参数及混响信号参数，确定工控计算机产生的目标回波信号、背景噪声信号和混响信号；步骤4 :将步骤3得到的目标回波信号、背景噪声信号和混响信号相加，得到合成信号，并对合成信号中超出D/A转换电路最大输出范围的信号进行限幅，令超出D/A转换电路最大输出范围的合成信号取值为D/A转换电路能够输出的最大值。有益效果采用本信号合成方法对水下航行体自导系统检测过程中要求的多种不同信号进行合成，同一路合信号送入D/A转换和幅度衰减电路，完成了对同一路多种信号的实时转换和实时控制，实现了水下航行体自导系统接收的水声背景和目标回波的实时模拟，大大缩小了硬件规模，实现了目标模拟器的便携式一体化设计。克服了现有方法中采用硬件电路先D/A转换、衰减，后合成，导致硬件电路复杂等问题。


图I :实施例中的方法的流程示意图；图2 :现有目标模拟器的信号合成框图；图3 :本实施例中目标模拟器的信号合成框图；图4 :采用本发明信号合成方法前信噪比达到60dB的合信号；图5 :采用本发明信号合成方法后信噪比达到60dB的合信号；
具体实施例方式下面结合具体实施例描述本发明实施例参照附图1，本实施例中的具有共同衰减能力的多种信号合成方法包括以下步骤步骤I:根据水下航行体实际工作状态下接收信号的特征，向工控机输入所要模拟的目标回波信号参数、背景噪声信号参数和混响信号参数。本实施例中，所要模拟的背景噪声信号幅度为-IOOdB,目标回波信号幅度为-40dB。步骤2 :由水下航行体自导系统检测过程中所需最大不失真目标回波信号幅度和背景噪声信号幅度，确定共同衰减电路的衰减量和D/A转换电路的输出动态范围由所需最大不失真目标回波信号幅度加上门限值后，再减去D/A转换电路最大转换电压的分贝数，得到共同衰减电路的衰减量；由背景噪声信号幅度减去共同衰减电路的衰减量后，再加上稳定余量得到D/A转换电路的输出动态范围的下限，D/A最大转换电压的分贝数为D/A转换电路的输出动态范围的上限；为了更好地保证需要模拟的合信号的信息特性，所述门限值不小于5dB,所述稳定余量不大于-15dB。本实施例中，所需最大不失真目标回波信号幅度为_70dB，要模拟的背景噪声信号幅度为-IOOdB,门限值为5dB，D/A转换电路最大转换电压为10V，对应的D/A转换电路最大转换电压的分贝数为20dB，得到共同衰减电路的衰减量为_85dB，这里共同衰减电路的衰减量即固定衰减量；稳定余量取_15dB，得到D/A转换电路输出动态范围的下限为_30dB，D/A转换电路输出动态范围的上限为20dB，这里D/A转换电路输出动态范围即可调衰减量。本方法中，如此选择的目的，一方面，为了保证-IOOdB的背景噪声信号进行D/A 转换后的信息特性，减少后续电路处理的损失，所以要尽量减小稳定余量；另一方面，为了更加接近所要模拟的目标回波的真实特性，应尽量加大门限值，这样会越来越加大送入D/A 转换电路的信号幅度，然而，信号幅度一旦超过D/A转换电路的最大输入范围，D/A转换电路就无法正常工作。因此，只要能够保证后续对目标回波信号进行限幅处理后，不会影响水下航行体的检测性能，就可以尽可能地减小稳定余量，加大送入D/A转换电路的背景噪声幅度，实现目标回波信号、背景噪声信号和混响信号能共用D/A转换电路和衰减电路。鉴于上述原因，选定固定衰减量(共同衰减电路的衰减量)为_85dB，可调衰减量(D/A转换电路输出动态范围)为-30dB 20dB。步骤3 :由步骤2得到的共同衰减电路的衰减量和步骤I中输入的所要模拟的目标回波信号参数、背景噪声信号参数及混响信号参数，确定工控计算机产生的目标回波信号、背景噪声信号和混响信号；本实施例中，按照步骤2中选定的固定衰减量为-85dB，要模拟的目标回波信号幅度为_40dB时，工控计算机产生的目标回波信号幅度为45dB，要模拟的背景噪声信号幅度为-IOOdB时，工控计算机产生的背景噪声信号幅度为_15dB。步骤4 :将步骤3得到的目标回波信号、背景噪声信号和混响信号相加，得到合成信号，并对合成信号中超出D/A转换电路最大输出范围的信号进行限幅，令超出D/A转换电路最大输出范围的合成信号取值为D/A转换电路能够输出的最大值。实现方式是在软件流程中增加判断流程，判断合成信号中是否存在幅度大于D/A转换电路输出最大值的点， 若存在，则令该点取值为D/A转换电路能够输出的最大值，本实例中即IOV。自此就可以完成-IOOdB背景噪声信号和-40dB目标回波信号的信号合成。本实施例能够顺利解决了同一路多种不同幅度的信号共同使用D/A转换电路和衰减电路的问题，既克服了现有方法中每一种信号通过硬件电路分别进行D/A转换及衰减，导致硬件复杂的问题，又保征了需要模拟的合信号的信息特性，满足水下航行体自导系统检测需求。
权利要求
1.一种具有共同衰减能力的多种信号合成方法，其特征在于包括以下步骤步骤I:根据水下航行体实际工作状态下接收信号的特征，向工控机输入所要模拟的目标回波信号参数、背景噪声信号参数和混响信号参数；步骤2 :由水下航行体自导系统检测过程中所需最大不失真目标回波信号幅度和背景噪声信号幅度，确定共同衰减电路的衰减量和D/A转换电路的输出动态范围由所需最大不失真目标回波信号幅度加上门限值后，再减去D/A转换电路最大转换电压的分贝数，得到共同衰减电路的衰减量；由背景噪声信号幅度减去共同衰减电路的衰减量后，再加上稳定余量得到D/A转换电路的输出动态范围的下限，D/A最大转换电压的分贝数为D/A转换电路的输出动态范围的上限；所述门限值不小于5dB，所述稳定余量不大于-15dB ；步骤3 由步骤2得到的共同衰减电路的衰减量和步骤I中输入的所要模拟的目标回波信号参数、背景噪声信号参数及混响信号参数，确定工控计算机产生的目标回波信号、背景噪声信号和混响信号；步骤4 :将步骤3得到的目标回波信号、背景噪声信号和混响信号相加，得到合成信号， 并对合成信号中超出D/A转换电路最大输出范围的信号进行限幅，令超出D/A转换电路最大输出范围的合成信号取值为D/A转换电路能够输出的最大值。
全文摘要
本发明提出了一种具有共同衰减能力的多种信号合成方法，结合水下航行体实际工作状态下接收信号的特征，向工控机输入所要模拟的目标回波信号参数、背景噪声信号参数和混响信号参数，并采用软件方式完成多种信号(如背景噪声、混响和目标回波)合成后，再进行D/A转换和幅度衰减，保证合成信号既满足水下航行体自导系统检测要求，又不会超出D/A的输出范围，确保同一路多种信号共用D/A转换和幅度衰减电路，大大缩小了硬件规模，减少了设备的体积，方便使用和运输。
文档编号G01S19/35GK102608630SQ20121005362
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者周晶, 管玲, 郁蓉, 钮樾, 陈曦, 陈朝晖 申请人:中国船舶重工集团公司第七〇五研究所