基于虛擬儀器的水下目標回波信號發生器設計的研究

摘 要：通過虛擬儀器技術的應用，可以對水下目標回波信號發生器設備的設計內容進行優化，并在完善傳統技術條件的同時，提升整體的靈活性優勢，從而有效的提高整體以其的應用水平。由此，文章從該系統的運行原理展開分析，對實現技術應用的方法進行討論，為相關研究提供參考。

關鍵詞：虛擬儀器；回波信號發生器；水下目標

引言

隨著科技水平的進步，水下探測技術的應用內容也在不斷升級，為了更好的削弱環境條件對于設備的影響效果，必須從技術方法上對水下回波信號發生器進行升級，并在虛擬儀器的技術條件下，補充原有技術內容中的缺陷性水平，從而有效的應用虛擬儀器中高性能、良好拓展性、開發周期短、硬件條件集成性強的優勢水平。

一、回波信號發生器系統結構

在虛擬儀器技術條件下搭建的目標回波信號發生器設計，必須在具體的平臺框架下完成技術操作，并通過平臺中的信息模塊，實現自身的結構設計。同時，在設計過程中，需將各類的模塊內容進行相應的整合，應用總線將各個功能模塊進行串聯，從而保證功能性的正常發揮[1]。

例如，以美國N1公司研制的PXI-1050虛擬儀器平臺中，其具體模塊內容涵蓋了嵌入式控制器、各類信號采集模數區組、信號調整這三大類模塊，基于此項平臺的水下目標回波發生器設計，就應當在板塊設計上與其保持一致性水平。同時，在細節技術處理中PXI-1050設備在機箱背板上，設置有PXI總線，可以以其為連接基礎，將設計好的模塊與設備進行連接，從而保證設計裝置功能性的發揮。

二、LabVIEW技術的應用內容

（一）目標回波模擬技術

在對水下目標進行勘測的過程中，需對其具體的方位、距離、速度等參數條件進行詳細的分析，而回波延反應可以作為完成此項功能的技術手段得到應用。具體內容中，回波基陣的各陣元時延差條件，可以作為反應位置信息的重要依據，而為了指示物體的移動速度，可以通過回波中的多普勒頻進行展示。同時，在再疊加混響、環境噪音等其他數據的指示內容中，形成了完整的目標回波，并在特定的調頻信號下，展現出不同的數據內容。

在進行生成器設計的過程中，可應用LabVIEW系統中所提供的數學模型與信號處理構件，在科學化編程方式與圖形處理的技術中，完成具有數學特征的信號處理工作。然后，在生成信號的基礎上，將DAQ Assistant Ⅵ的技術條件下完成數據的輸出[2]。內容上，可先在DAQ操作助手放置于待處理框圖中，在系統中選擇Express操作，并最終在Output中選定DAQ Assistant選項，完成相應的操作內容，應用已經備置好的輔助操作窗口進行數據輸出，并根據實際應用的型號選擇合理的輸出類型。由此，將最終生成的數據信號，在多功能數據采集卡中的數據通道完成輸出操作。

（二）海洋混響信號技術

海洋混響信號技術，是在大量數據分析技術條件的基礎上，歸納出混響強度水平與發射信號能量之間的關聯性水平，并在典型正比例水平的作用下，顯現出明顯的相似性條件，而產生混響的瞬間，還會在數值內容中出現典型的高斯分布曲線。在技術應用的過程中，可以將變化中的內容進行統計與模擬，以此達到計算數值、展示圖形的效果。

以高斯高斯白噪聲作為激勵內容，可以有效的發揮出寬頻帶的特點，并在能量均勻分布的條件下，進行合理的運算，再與相應的混響衰竭數據就進行關聯，就可以得到有效的混響數據參數與圖像。同時，在綜合分析混響數據與發射信號關聯性的基礎上，可以通過濾波與放大等技術處理，實現發色信號與混響信號的關聯，并完成模擬處理操作。

在LabVIEW系統中，提供了多種節點類型條件下的噪音信號生成方式，其中以Gaussian White Noise Ⅵ技術段端的應用最為典型，通過0均值方差數據的產生，可以將高斯白噪聲信號作為最終生成的數據，更好的在系統中完成應用內容。

從濾波器的角度進行分析，LabVIEW中的濾波器函數內容適用三個部分組成的，分別為Express Ⅵ、函數選板、波形調理Ⅵ。在應用的過程中，設備在應用過程中具有典型的靈活性特點，可以對IIR、FIR著兩種濾波器進行兼容，并能更具傳遞信號的種類對執行方式進行調節，不僅包含了以往技術條件下，常見的巴特斯沃、橢圓、切比雪夫、貝塞爾等波紋條件。同時，還能對高級的FIR、IIR等程序包進行處理，從而使處理過程中的圖表采樣頻域與參數能更好的進行數據化處理，在Parks-McClellan等運算方式的應用，使頻域下的數據資料有更加顯著的均一性水平，達成數據處理的核心目標。

同時，在還應混響的生成過程中，衰減曲線也是極為關鍵的數據內容，必須在對不同類型的衰減曲線數據進行分析的基礎上，應用G語言編程的方式，得到具體的程序框圖，實現混響模擬的最優化處理技術。

（三）脈沖信號生成技術

在脈沖信號的生成過程中，需在采樣的頻率上進行必要的控制，將其維持在200kHz的條件水平上；將單頻條件下的脈沖信號頻率控制在25kHz；使現行調頻信號與雙曲線調頻信號的起始與截止頻率分別在18kHz與32kHz的條件中[3]。在脈沖信號原理的作用下，在條用數值計算VI的過程中，完成高斯包絡脈沖信號的處理。同時在進行計算的過程中，還需對單頻脈沖、線性調頻信號、雙曲調頻信號等采集資料的波形與頻譜數據進行整合，從而完成數據信息圖像化的轉換過程，使虛擬儀器的功能性條件在水下目標回波信號發生器的裝置作用下得到確認。

總結

在強大信號處理與數據吞吐功能的作用下，可以實現虛擬儀器在水下目標回波信號發生器設計中功能性的發揮，并通過相對較為靈活的硬件結構與LabVIEW技術實現虛擬圖形構建，從而使整體系統在應用過程中的功能性水平得到全面的發揮，為后續技術條件的升級與改造奠定了堅實的基礎。

參考文獻

[1]王玉林，馮軍，朱雪婷.基于虛擬儀器的輔助電路設計開發平臺研究[J].南華大學學報（自然科學版），2018，32（04）：31-39.

[2]齊海濱，丁忠軍，張奕，等.虛擬儀器技術在載人潛水器絕緣檢測中的應用研究[J].海洋工程裝備與技術，2018（04）：237-241.

[3]尚銳，曾紅，王海洋.基于虛擬儀器的信號分析實驗研究[J].實驗技術與管理，2018，35（07）：121-123+136.

（作者單位：北京交通大學海濱學院）