（文章來源：電子工程網(wǎng)）

本文旨在研制適用于某種高分辨率成像聲信號模擬器。該成像聲納接收聲基陣采用48元等間隔線陣，工作頻率800kHz，作用距離0.5～25米，角度分辨率為0.35°。成像聲納對接收基陣信號進(jìn)行波束形成，從而實現(xiàn)聲圖像的獲取。

入射聲波與基陣法線方向成θ角平行入射，基元從左至右順序編號為1、2、…i、t+1、…N，基元間距為d。如果選取1號基元為時間參考點，其接收到的信號為Acos2πft，那么相鄰兩個基元間存在聲程差Δ=dsinθ。其中c為聲速。由于成像聲納是窄帶主動聲納，所以I基元與1號基元接收信號間的相位差是φi=2π（i-1）d/λsinθ，其中λ為波長。因此要想使線陣定向在θ0方向上，只需將第i個基元的信號延時τi（θ0）=2π（i-1）d/λsinθ0即可。

以上是線陣波束形成的基本原理，但這只是遠(yuǎn)場情況下的近似。對于近場條件，這樣的近似產(chǎn)生的誤差會很大。對于本文中的高頻成像聲納，由于全部工作范圍均屬近場條件，所以波束形成時必須采用聚焦方法。其基本原理同上，只是對每個基元信號進(jìn)行的延遲（或移相）不成線性關(guān)系，本文對此不做詳述。

用于成像聲納的信號模擬量一般通常數(shù)與基元個數(shù)相同，每個通道的輸出模擬聲納基陣中一個基元的信號。由于成像聲納工作距離較近，并且水聲環(huán)境中高頻段的噪聲級很低，因而接收信噪比通常較高。出于這樣的考慮，信號模擬器的輸出中就不額外加入噪聲。成像聲納工作在較強的混響環(huán)境中，由于混響的模擬比較困難，并且對成像的影響并不嚴(yán)重，因而在設(shè)計中也不考慮對混響的模擬，只專注于模擬近場目標(biāo)回波。

根據(jù)用戶輸入的要模擬的點目標(biāo)的方位和距離，信號模擬器計算出相應(yīng)的目標(biāo)回波到達(dá)接收基陣各個基元的相位差，然后按照這些相位差產(chǎn)生相應(yīng)的多路正弦信號。將這些信號加到成像聲納的輸入端，代替真實的基陣輸出，這樣就可在陸上試驗室條件下方便地對成像聲納進(jìn)行調(diào)試和測量。

傳統(tǒng)的聲納信號模擬器通常采用一個固定的振蕩器產(chǎn)生與聲納系統(tǒng)工作頻率相同的正弦信號。將本振信號通過一組多抽頭模擬延遲線，然后從延遲線的不同抽頭中引出信號作為模擬器的輸出。這種信號模擬器結(jié)構(gòu)存在若干缺陷和不足。

首先，由于采用模擬器件構(gòu)成抽頭延遲線結(jié)構(gòu)，最小可變延遲長度受限。尤其是考慮到系統(tǒng)硬件規(guī)模和成本，一般延遲線的抽頭數(shù)目不多，這樣就造成延遲時間和理論值之間存在較大誤差，從而降低了模擬器的精度。

其次，為了實現(xiàn)對不同方位目標(biāo)回波信號的模擬，就必將不同抽頭延遲線的輸出進(jìn)行切換或組合，然后作為一個基元的信號輸出到聲納設(shè)備。因此整個模擬器的規(guī)模龐大，且只能模擬若干個離散方位和距離上的目標(biāo)，不能實現(xiàn)對任意方位距離上點目標(biāo)回波的模擬，否則復(fù)雜度不增將難以實現(xiàn)。

另外，使用模擬器件構(gòu)成的抽頭延遲線，其通道一致性難以保證，調(diào)試?yán)щy。且延遲線頻率范圍較窄，如果頻率參數(shù)發(fā)生變化將不能正常使用，因此適用范圍窄，性價比很低。

為了克服傳統(tǒng)聲納信號模擬器的這些缺陷，本文采用DDS技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)了新型信號模擬器。這種基于DDS的模擬器結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)對任意方位距離上點目標(biāo)回波信號的精確模擬，適用于不同頻率參數(shù)并具有一定擴展能力，從而具有很高的性價比。
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