多通道异采样率信号同步采集问题研究

　　1　引言

　　多通道信号数据同时采集是现代声呐的基本特征。随着潜艇技术的发展,其噪声越来越低,要提高声呐对潜艇的检测能力,必然要求提高声呐的性能来获得更高的空间增益,则是提高声呐性能的有效手段之一。根据文献[1],空间增益

　　式中:N为一个基阵的阵元数目。

　　因此,现代声呐的阵元数目,已经从几十发展到几百,甚至上千个通道。由于声呐波束成形算法的要求,这些通道的数据采集都要同步进行,通道之间的相位误差必须限定在一定范围内。

　　网络化和构建全方位的立体作战系统将是未来声呐的发展趋势。随着网络技术和元器件技术的发展,一种称之为“网络中心战”的新型作战模式正在悄然兴起。所谓网络中心战,是通过战场各个作战单元的网络化,把信息优势变为作战优势,使各分散配置的部队共同感知战场态势,协调行动,从而发挥最大作战效能的作战模式。

　　一部艇上装备着多部声呐,其中可能有拖曳阵、舰首阵等,这些声呐接收到的信号经过A/D转换后成为数字信号,经过某种数据融合,接入到宽带网络系统中;一部具有强大信号处理能力的功能可重构信号处理平台从宽带网络中获取数据并进行计算,并将计算结果送至声呐显示控制系统。连接在系统中的高速数据存储设备也从宽带网络中获取数据,并将它们实时记录下来。同时,声呐数据也可以送至网络中的其它设备,如舰艇上的通信系统、指控系统等,通过网络的联结,构成了一个全方位立体的作战网络(图1)。

　　网络中心战系统利用强大的计算机信息网络,将分布在广阔区域内的各种传感器,指挥中心和各种武器系统合成为一个统一高效的大系统,实现战场态势和信息的共享。传感器网络是整个网络中心战系统的最基础部分[2]。A/D数据同步采集包括的主要内容是将整个网络中的传感器信号由模拟转换为数字,这种转换应使各个通道数据的相位一致性在一定的误差范围内。本文的研究工作立足于上述网络中心战系统,研究了多通道信号异采样率同步数据采集的问题,并提出了一种解决方案。

　　2　多通道异采样率信号同步采集系统模型

　　在网络中心战系统中,各种型号的声呐协同工作,而不同型号的声呐用途不一,参数也各异,就整个大系统而言,是一个多通道组成的以不同采样率进行工作的系统。

　　图2是一个多通道异采样率的系统模型。图中的多路传感器是由多种声呐组成的传感器阵列,它们可能会有不同的特性,实现不同的功能,满足不同的需求。传感器的信号送至多通道A/D信号采集卡,信号采集卡在统一时钟控制下,根据各自的需求对系统统一时钟进行时钟变换,以满足自己的采样率需求。信号经过A/D采集卡后变成数字信号送至数据传输模块,经过数据融合后传送至千兆以太网交换机,由此,专用的信号处理设备就可以从网络上获取所需要的数据,再根据规定的算法对数据进行相应的处理。这种模型的优势在于: