一种图像声纳组合波发射信号的实现方法与流程

本发明涉及声纳目标跟踪，具体为一种图像声纳组合波发射信号的实现方法。

背景技术：

1、图像声纳是探测、跟踪诸如蛙人、uuv等水下目标是一种手段。简单的单频cw信号难以克服混响的影响，线性调频lfm信号、双曲调频hfm信号在压缩信号比、多普勒不变性两个方面各有优劣，而更为复杂的发射信号始终是声纳的重要研究方向之一。

2、目前，国内外所采用的图像声呐技术，其主要采用ip及dds专用芯片实现组合波发射信号的实时输出，但是由于海洋环境复杂，水下信道特性变化大，且蛙人等小、慢目标回波强度弱，使得该技术的图像声纳对该类型目标的探测、跟踪和识别存在很大的困难，因此需要发明出一种可应用于小、慢目标的探测、跟踪、识别的图像声纳组合波发射信号实现方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、(一)技术方案

2、为实现上述对小、慢目标的探测、跟踪、识别的图像声纳组合波发射信号实现方法，本发明提供如下技术方案：一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，包括以下步骤：

3、s1、通过接收到的声纳发射参数命令来获取信号组合形式以及信号参数，并进一步确定信号形式为常规信号组合还是任意信号组合序列。

4、s2、通过获取的信号参数，并根据发射机当前硬件状态确定发射脉宽、功率及相控角度等参数，所述信号参数为图像声纳发射机技术体系中重要参数指标。

5、s3、基于fpga频率合成技术对常规信号组合、任意信号组合序列进行实时运算生成时间序列，基于获取的信号参数，利用时间计算单元生成时间序列约束条件，将时间序列与约束条件进行融合，合成组合波发射信号。

6、优选的，所述步骤s1中，常规信号组合采用单频cw信号、线性调频lfm信号、双曲调频hfm信号中任意多种组合的方式，常规信号组合需获取脉宽t1、t2、t3，对应三种信号的脉宽，有发射脉宽t＝t1+t2+t3，由于单频cw信号无需带宽参数，因此仅需获取lfm和hfm的带宽b1，b2参数，脉宽和带宽参数均传送至fpga频率合成技术，

7、其中，

8、单频cw信号由中心频率f0、信号脉宽t参数确定的发射信号复数表达式为：

9、

10、线性调频lfm信号由中心频率f0、信号脉宽t、信号带宽b参数确定的发射信号复数表达式为：

11、

12、双曲调频hfm信号由中心频率f0、信号脉宽t、信号带宽b参数确定的发射信号复数表达式为：

13、

14、优选的，所述常规信号组合的瞬时频率为，

15、对于单频cw信号，输出频率fn等于中心频率f0，在整个脉宽t内保持不变，仅对基准时钟进行计数分频即可，对于线性调频lfm信号，输出频率fn按线性变化，即

16、

17、对于双曲调频hfm信号，输出频率fn的变化式为：

18、

19、优选的，所述步骤s1中，任意信号组合序列为特殊的信号处理算法所要求的发射信号，可由上级系统预先计算好信号脉宽内信号序列并传送至fpga频率合成系统。

20、优选的，所述步骤s3中，fpga频率合成技术中由fpga内部基准时钟fclk、计数器b(m)得出增量δθ，对δθ进行累加，经过累加周期后，由于受δθ位宽限制，累加后的∑δθ将复位，从而进入下一个周期，以实现发射信号频率的输出，

21、对于瞬时频率fn有：

22、

23、可得δθ的计算公式为：

24、

25、其中通常为小数，将其与计数器b(m)的计数值2m相乘并取整后可得增量δθ。

26、优选的，所述步骤s3中，发射信号输出频率fn在脉宽t的时间内变化，则每一个fclk周期，频率变化量为δb/fclk，其中为b发射信号带宽，频率变化量通常为小数导致无法进行累加，采用乘以计数器并取整的方法转换为整数，故计数器下的频率步进量

27、根据获取的信号参数以及信号组合方式提取中心频率f0、带宽b、脉宽t参数，并由内部基准时钟fclk，计数器b(m)可得增量δθ的计算式为：

28、

29、(二)有益效果

30、与现有技术相比，本发明提供了一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，具备以下有益效果：

31、该图像声纳组合波发射信号的实现方法，利用fpga内部的基准时钟进行计数，并和信号参数进行数学运算，从而实现对常规信号组合、任意信号组合发射波形频率的实时计算，相比与现有的ip及dds专用芯片实现了组合波发射信号的实时输出方式，可应用于水下小、慢目标的探测、跟踪和识别等方面，具有一定的实用和科研价值。

技术特征：

1.一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，其特征在于，所述步骤s1中，常规信号组合采用单频cw信号、线性调频lfm信号、双曲调频hfm信号中任意多种组合的方式，常规信号组合需获取脉宽t1、t2、t3，对应三种信号的脉宽，有发射脉宽t＝t1+t2+t3，由于单频cw信号无需带宽参数，因此仅需获取lfm和hfm的带宽b1，b2参数，脉宽和带宽参数均传送至fpga频率合成技术，

3.根据权利要求2所述的一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，其特征在于，所述常规信号组合的瞬时频率为，

4.根据权利要求1所述的一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，其特征在于，所述步骤s1中，任意信号组合序列为特殊的信号处理算法所要求的发射信号，可由上级系统预先计算好信号脉宽内信号序列并传送至fpga频率合成系统。

5.根据权利要求1所述的一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，其特征在于，所述步骤s3中，fpga频率合成技术中由fpga内部基准时钟fclk、计数器b(m)得出增量δθ，对δθ进行累加，经过累加周期后，由于受δθ位宽限制，累加后的∑δθ将复位，从而进入下一个周期，以实现发射信号频率的输出，

6.根据权利要求5所述的一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，其特征在于，所述步骤s3中，发射信号输出频率fn在脉宽t的时间内变化，则每一个fclk周期，频率变化量为δb/fclk，其中为b发射信号带宽，频率变化量通常为小数导致无法进行累加，采用乘以计数器并取整的方法转换为整数，故计数器下的频率步进量

技术总结
本发明涉及声纳目标跟踪技术领域，且公开了一种图像声纳组合波发射信号的实现方法，基于FPGA频率合成技术对常规信号组合、任意信号组合序列进行实时运算生成时间序列，基于获取的信号参数，利用时间计算单元生成时间序列约束条件，将时间序列与约束条件进行融合，合成组合波发射信号。该图像声纳组合波发射信号的实现方法，利用FPGA内部的基准时钟进行计数，并和信号参数进行数学运算，从而实现对常规信号组合、任意信号组合发射波形频率的实时计算，相比与现有的IP及DDS专用芯片实现了组合波发射信号的实时输出方式，可应用于水下小、慢目标的探测、跟踪和识别等方面，具有一定的实用和科研价值。

技术研发人员：孙广发
受保护的技术使用者：中船海洋探测技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31