一种基于水下多通道信号采集传输阵列系统的模拟装置的制作方法

本发明属于水下声学信号采集传输技术领域，具体涉及一种基于水下多通道信号采集传输阵列系统的模拟装置。

背景技术：

水下多通道信号采集传输阵列是将水听器镶嵌在电缆上形成线列阵，主要用于水下目标探测，进行远程监视，测向和识别。水下多通道信号采集传输阵列系统，可以有效采集水下声信号从而探测水下目标。该传输阵列系统的传感器模块主要由声模块以及非声模块两部分构成，其中声模块由声传感器阵列构成，用于探测水中的声信号，非声模块由深度传感器、航向传感器等多种类型的非声传感器构成，用以监控阵型和姿态。上层应用通常需要对水下传输阵列输出的信号进行进一步的处理。在传统的调试过程中，为了获取阵列的输出信号，上层应用只能实地搭建整个传输阵列。而为了有效采集水下声信号，水下传输阵列的声传感器阵列往往规模较大，因而为上层应用的调试过程带来的一定的不便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种基于水下多通道信号采集传输阵列系统的模拟装置，可以模拟水下传输阵列输出周期性的声信号以及非声信号，同时可以模拟传输阵列的命令响应过程。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于水下多通道信号采集传输阵列系统的模拟装置，所述模拟装置包括所述模拟装置包括处理器与存储器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时能实现以下步骤：

对水下传输阵列进行配置；

生成所述配置的传输阵列的模拟声信号；

生成所述配置的传输阵列的非模拟声信号；

生成所述配置的传输阵列的模拟自检信号；

响应所述配置的传输阵列接收的命令。

其中，所述对水下传输阵列进行配置包括：

配置传输阵列的名称；

配置传输阵列的节点数量；

配置传输阵列的节点类型，其中，节点类型包括主节点和从节点；

配置传输阵列的节点包括的传感器类型，其中，传感器类型包括声传感器、非声传感器。

每个从节点处包含多个通道，通过每个通道产生一路模拟信号，每个通道对应一个声传感器或非声传感器，则每个通道产生一路模拟声信号或模拟非声信号。一般情况下，每个从节点的大部分通道产生模拟声信号。

非声传感器包括深度传感器、航向传感器等非声传感器，用来监控阵型和姿态。本发明提供的模拟装置对深度传感器、航向传感器的非声信号进行模拟。

其中，所述生成所述配置的传输阵列的模拟声信号包括：

生成不同频率、幅度、相位、增益的正弦波模拟声信号；

生成不同频率、幅度、相位、增益的方波模拟声信号；

生成不同频率、幅度、相位、增益的固定值模拟声信号；

生成不同频率、幅度、相位、增益的递增值模拟声信号。

其中，所述生成所述配置的传输阵列的模拟声信号的具体过程为：

模拟装置遍历所述传输阵列中的每个从节点的每个声传感器，按照配置的频率、振幅、相位、增益以及声信号类型计算生成相应的模拟声信号。

其中，所述生成所述配置的传输阵列的模拟非声信号的具体过程为：

模拟装置遍历所述传输阵列中的每个从节点的非声传感器，按照配置的非声信号模式以及大小计算生成相应的模拟非声信号，其中，非声信号模式包括固定值模式与递增值模式。

其中，所述生成所述配置的传输阵列的模拟自检信号的过程为：

模拟装置遍历所述传输阵列中的每个从节点的每个声传感器和每个非声传感器，按照配置的频率、幅度、相位、增益计算生成模拟自检方波信号。

其中，所述响应所述配置的传输阵列接收的命令包括：

开始或停止生成所述配置的传输阵列的模拟声信号、模拟非声信号、模拟自检信号。

为控制每个从节点的每个通道输的模拟信号，所述模拟装置还包括：

利用所述处理器中的硬件定时器按照配置的频率生成时钟信号，作为所述配置的传输阵列的主节点的时钟信号，以实现利用该时钟信号控制从节点的声传感器和非声传感器输出信号的节拍。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：

本发明提供的模拟装置可以模拟水下传输阵列输出周期性的声信号以及非声信号，同时可以模拟传输阵列的命令响应过程。且模拟装置体积小，模拟产生的信号精度高、周期稳定，同时用户可以对阵列的节点配置、模拟发生信号的频率、幅度、相位、增益等各项参数自由配置，因而为水下传输阵列的上层应用的调试带来极大的便利。

附图说明

图1为本实施提供的模拟装置的模拟数据发生与发送的流程图；

图2为本实施例提供的模拟装置的命令响应过程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

本实施例提供的模拟装置包括：

(1)对水下传输阵列进行配置；

(2)生成所述配置的传输阵列的模拟声信号；

(3)生成所述配置的传输阵列的非模拟声信号；

(4)生成所述配置的传输阵列的模拟自检信号；

(5)响应所述配置的传输阵列接收的命令。

关于对水下传输阵列进行配置，用户可以配置传输阵列的名称，节点数量，节点类型，其中，节点类型包括主节点和从节点，节点包括的传感器类型，其中，传感器类型包括声传感器、非声传感器。

水下多通道信号采集传输阵列系统是由多个节点构成，每个节点挂载多个通道的声信号传感器以及非声传感器，以采集声信号与非声信号。用户能够通过模拟装置对实际水下多通道信号采集传输阵列系统进行自由设置。

水下多通道信号采集传输阵列系统的每个节点的每个通道的声传感器在时钟信号的节拍下会定时输出正弦波形式的声信号。模拟装置对这一过程进行模拟，因此，对于生成所述配置的传输阵列的模拟声信号，用户可以对各通道的声信号类型、频率、幅度、相位、增益等参数进行自由配置。除正弦波外用户还可以配置模拟装置输出方波、固定值、递增值等类型声信号。在模拟声信号发生过程中，模拟装置会遍历传输阵列中的每个节点的每个通道，按照用户配置的参数(声信号类型、频率、幅度、相位、增益)计算生成相应的模拟声信号。

传输阵列中每个节点可能不挂载非声传感器，或者挂载深度传感器、航向传感器等非声传感器中的一种，这些传感器在时钟信号的节拍下会定时输出相应的非声信号。模拟装置对这一过程进行模拟。因此，用户可以对各个非声传感器输出的非声信号的模式进行配置，包括固定值模式与递增值模式，在固定值模式下还可以对固定值的大小进行配置。在模拟非声信号发生过程中，模拟装置会遍历阵列中的每个节点的非声传感器，按照用户配置的参数(非声信号模式以及大小)计算生成相应的模拟非声信号。

在自检模式下传输阵列中的所有节点都会产生方波形式的声信号，其中所有节点的所有通道使用同一套参数生成自检方波信号。模拟装置对这一过程进行模拟。因此，用户可以对自检方波信号的频率、幅度、等参数进行自由配置。在模拟自检信号发生过程中，模拟装置会遍历阵列中的每个节点的每个通道，按照用户配置的参数(频率、幅度、相位、增益)计算生成模拟自检方波信号。

在水下多通道信号采集传输阵列系统中，传输阵列中的节点分为主节点与从节点两种类型，其中主节点负责产生时钟信号，从节点在时钟信号的节拍下输出相应的信号。模拟装置还能够产生模拟时钟信号，具体地，利用处理器中的硬件定时器按照自由配置的频率生成时钟信号，作为配置的传输阵列的主节点的时钟信号，以实现利用该时钟信号控制从节点的声传感器和非声传感器输出信号的节拍。

在水下多通道信号采集传输阵列系统中，传输阵列中桥接模块可以向传输阵列中的特定节点发送命令，相应的节点在接收到该命令时需要执行相应的操作并向桥接模块发送回应。模拟装置对这一过程进行模拟，具体包括实现开始采集、停止采集、链路检测、链路设置、增益设置、开始自检等命令。

本实施例提供的模拟装置还具有配置管理功能，具体地，模拟装置可以同时维护多个阵列的相关参数，对于其中的每个配置可以单独管理，包括创建、删除、修改、应用等操作。但同时只能选择其中的一个配置操作并使其生效，即模拟装置同时只能对一个传输阵列进行模拟。

本实施例提供的模拟装置中，还具有一个轻量的网页服务器，用户可以通过网页对模拟阵列的参数配置进行管理，具体可以实现配置的创建、删除、修改、应用等操作。

图1为本实施提供的模拟装置的模拟数据发生与发送的流程图。参见图1，模拟装置的模拟数据发生与发送过程包括：

(1)硬件定时器超时时，触发模拟信号的发生过程，首先，模拟生成声信号数据。对于每个节点的每个通道，按照用户配置的相关参数计算生成相应的模拟声信号数据。

(2)模拟生成非声信号数据。对于每个节点，按照其挂载的非声传感器的类型以及用户配置的相关参数，生成相应的非声信号数据。

(3)数据传输方向选择。传输阵列中每个节点都有端口1、2两个以太网传输端口，当两个端口均可用的情况下，需要轮流使用两个端口发送节点生成的数据。模拟装置也有端口1、2两个以太网传输端口，当阵列中的某个节点需要从端口1发送数据时，模拟数据实际从模拟装置的端口1输出，类似地，当节点需要从端口2发送数据时，模拟数据实际从模拟装置的端口2输出。对于每个节点对应的数据包，确定该数据包要从其中的哪个端口发送。

(4)将每个节点生成的声信号数据与非声信号数据合并为一个数据包，并在其中保存发送端口信息，之后在数据发送过程中将依次发送每个数据包。

(5)数据发送。以数据包为单位通过以太网端口1或2发送数据。

图2为本实施例提供的模拟装置的命令响应过程图，参见图2，该命令响应过程为：

(1)模拟装置通过以太网接收到桥接模块的命令时，对接收的命令中的命令号进行解析，若模拟装置当前并不支持该命令号，则模拟装置直接向桥接模块返回相应的回应。

(2)若模拟装置支持该命令号，则解析该命令的目标节点、以及命令的内容，之后对相应的节点执行相应的操作。

(3)最后模拟装置向桥接模块返回相应的回应。

本实施例提供的模拟装置体积小，模拟产生的信号精度高、周期稳定，同时用户可以对阵列的节点配置、模拟发生信号的频率、幅度、相位、增益等各项参数自由配置，因而为水下传输阵列的上层应用的调试带来极大的便利。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。