介紹了基于無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃卤▔毫b測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)λ露鄠€(gè)測(cè)點(diǎn)上的爆炸壓力峰值、沖擊波與二次波波形、爆心與測(cè)點(diǎn)間的距離等進(jìn)行同時(shí)測(cè)量，并將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)或重復(fù)發(fā)送到主控站。同時(shí)詳盡闡述了系統(tǒng)采用的各種關(guān)鍵技術(shù)和軟件的功能、通信控制技術(shù)等。?
??? 關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集，無線通信，擴(kuò)頻，抗干擾

??? 武器的命中精度和爆炸威力是武器裝備的兩個(gè)最重要的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，水下爆炸壓力遙測(cè)系統(tǒng)是為考核水中兵器的水下爆炸威力及對(duì)艦船的毀傷能力而研制的，它可以對(duì)水下多個(gè)測(cè)點(diǎn)上的爆炸壓力峰值、沖擊波與二次波波形、爆心與測(cè)點(diǎn)間的距離等進(jìn)行同時(shí)測(cè)量。
1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
??? 水下爆炸壓力遙測(cè)系統(tǒng)由兩部分組成：測(cè)量站和主控站。測(cè)量站由傳感器組、數(shù)據(jù)采集器、單片機(jī)控制系統(tǒng)、數(shù)字電臺(tái)等組成；主控站由數(shù)字電臺(tái)、通訊適配器、主控機(jī)及其輸入輸出設(shè)備組成。如圖1所示。

??? 其工作過程如下：爆炸發(fā)生后，測(cè)量站的壓力傳感器組將單次瞬態(tài)爆炸壓力波信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，送數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行采集，然后通過數(shù)字電臺(tái)發(fā)送采樣數(shù)據(jù)；主控站數(shù)字電臺(tái)收到采樣數(shù)據(jù)后，通過適配器與主控機(jī)建立通訊聯(lián)系，主控機(jī)接收并處理數(shù)據(jù)，顯示打印沖擊波峰值、沖擊波與二次波波形等。
2 關(guān)鍵技術(shù)?
2.1 擴(kuò)頻通信技術(shù)?
??? Motorola公司生產(chǎn)的GM950I型電臺(tái)增加一個(gè)無線數(shù)傳Modem后，便成為具有擴(kuò)頻功能的數(shù)字電臺(tái)。其原理是：在發(fā)送端用擴(kuò)頻編碼去擴(kuò)展信號(hào)頻譜，在接收端用相同的編碼解擴(kuò)，使之還原成原始信號(hào)。具體做法是：發(fā)送端信號(hào)經(jīng)模2加法器調(diào)制，再經(jīng)過偽隨機(jī)碼發(fā)生器產(chǎn)生擴(kuò)頻信號(hào)，加在載波調(diào)制器輸入端，利用QPSK方式調(diào)制成載波信號(hào)，調(diào)制后獲得的寬帶擴(kuò)頻信號(hào)放大后發(fā)射出去；在接收端，射頻信號(hào)經(jīng)放大、射頻寬帶濾波，由同步電路從發(fā)來的擴(kuò)頻編碼的相位中拾取同步信號(hào)，經(jīng)解擴(kuò)后還原出原始信號(hào)。
??? 無線通信采用擴(kuò)頻技術(shù)，由于擴(kuò)頻信號(hào)隱藏在白噪聲中難以檢測(cè)，因而具有較好的通信保密性，同時(shí)使系統(tǒng)有較高的信噪比，抗干擾性能好，易于實(shí)現(xiàn)碼分多址。
??? 數(shù)字電臺(tái)與主控機(jī)的通信協(xié)議為：?
??? ·通信接口：標(biāo)準(zhǔn)串行RS?232接口，9線制全雙工方式；?
??? ·通信字格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位；?
??? ·波特率：4800bau/s。?
2.2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)?
??? 數(shù)據(jù)采集一般指將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，送處理機(jī)進(jìn)行處理的過程。數(shù)據(jù)采集的核心是A/D轉(zhuǎn)換芯片的選取及其與處理機(jī)的接口方法。數(shù)據(jù)采集器的電路實(shí)現(xiàn)如圖2所示。

2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換芯片的選取?
??? 水下爆炸壓力遙測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集器采用MAXIM公司的MAX153芯片，這是一種基于半閃速技術(shù)的高速8位ADC，其主要特性如下：?
??? ·轉(zhuǎn)換時(shí)間為660ns；?
??? ·采樣速率為1Msps；?
??? ·內(nèi)部采樣/保持；?
??? ·單/雙模擬輸入；?
??? ·單一＋5V或±5V供電；?
??? ·8位數(shù)據(jù)并行輸出。?
??? 選擇MAX153的主要原因是：對(duì)爆炸壓力波信號(hào)的采集要求有較高的采樣率，而對(duì)精度要求不高；MAX153外圍接口電路簡(jiǎn)單；＋5V的供電，8位數(shù)據(jù)并行輸出，使之與8位單片機(jī)AT89C52的接口變得十分簡(jiǎn)單。
2.2.2 采樣速率的轉(zhuǎn)換及采樣控制?
??? 水下爆炸信號(hào)的沖擊波波形尖銳，二次波波形平緩。為了節(jié)省存儲(chǔ)空間，選取沖擊波采樣速率為1Msps（快采），二次波采樣速率為40ksps（慢采）。硬件上分別設(shè)計(jì)快、慢采時(shí)鐘電路，由定時(shí)器設(shè)定快、慢采開始及結(jié)束時(shí)間，由此選通快、慢采時(shí)鐘電路，為MAX153的/WR和/RD引腳提供周期分別為1MHz和40kHz、負(fù)脈沖寬度為300 ns（/WR）和250 ns（/RD）的讀寫控制信號(hào)。
2.2.3 采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)?
??? 數(shù)據(jù)采集器上有一片容量為32K的高速非易失型RAM（HK1235），存儲(chǔ)采集數(shù)據(jù)占用28K，其中沖擊波數(shù)據(jù)12K，存入0000H~2FFFH單元；二次波數(shù)據(jù)16K，存入3000H~6FFFH單元，存滿28K后采樣自動(dòng)停止。由四片SN74F161組成的16位計(jì)數(shù)器（只用低15位）作為存儲(chǔ)器地址產(chǎn)生器。
2.3 雙單片機(jī)控制技術(shù)?
??? 測(cè)量站采用蓄電池供電，為了減少能耗，延長工作時(shí)間，采用了雙單片機(jī)控制技術(shù)，即，一片89C52作為值更CPU，一片89C52作為主CPU，分開供電，獨(dú)立執(zhí)行各自的功能。剛開機(jī)時(shí)，值更CPU工作，接收、執(zhí)行并應(yīng)答主控站的遙控命令；測(cè)量準(zhǔn)備時(shí)，主控站發(fā)遙控開機(jī)命令，繼電器動(dòng)作使主CPU上電工作，延時(shí)6s后主CPU接管與主控站的通信，值更CPU則退出通信狀態(tài)，等待接收主CPU的命令。值更CPU主要完成開關(guān)機(jī)、測(cè)量系統(tǒng)自檢、串行通訊、電源監(jiān)視等功能；主CPU主要完成地址譯碼、峰值檢測(cè)、數(shù)據(jù)傳輸控制、鍵盤與顯示控制等功能。其功能框圖如圖3所示。
2.4 抗干擾技術(shù)?
2.4.1 強(qiáng)干擾環(huán)境下的遠(yuǎn)距離無線通信技術(shù)?
??? 測(cè)量站置于海平面的浮體上，主控站設(shè)在岸基或海上的動(dòng)力艦船上，通信距離為5km-10km。由于海水吸收電磁波，且艦船周圍電磁干擾比較嚴(yán)重，通信條件惡劣，必須采取必要的抗干擾措施。
??? (1)? 天線
??? 天線的架設(shè)高度及其增益直接影響著通信距離和通信質(zhì)量。針對(duì)海水吸收電磁波、船上干擾源多的情況，特制防雷電、抗強(qiáng)電磁干擾和多徑干擾的可伸縮全向天線。架設(shè)高度為10m-20m，增益為6dB~10dB，通信質(zhì)量很好。
??? (2)? 冗余設(shè)計(jì)
??? 采用兩套頻點(diǎn)不同的數(shù)字電臺(tái)作為冗余設(shè)計(jì)，在頻點(diǎn)的選擇上避開當(dāng)?shù)丨h(huán)境的主要干擾頻帶。
2.4.2 電源抗干擾技術(shù)?
??? 用電源電壓監(jiān)視器抗電源干擾，是一種行之有效的方法。系統(tǒng)采用ADM696芯片，確保上電復(fù)位，防止斷電或電壓較低時(shí)代碼出錯(cuò)；無論何時(shí)，只要電源電壓低于復(fù)位門限，復(fù)位端就能可靠復(fù)位，同時(shí)能檢測(cè)出電源瞬時(shí)降壓的干擾脈沖，并產(chǎn)生執(zhí)行信號(hào)使系統(tǒng)可靠復(fù)位。
2.4.3 軟件抗干擾技術(shù)?
??? 軟件設(shè)計(jì)時(shí)采用的抗干擾措施主要有：
??? (1)? 看門狗Watchdog，亦稱程序運(yùn)行監(jiān)視器，能有效防止單片機(jī)系統(tǒng)在不可預(yù)測(cè)干擾作用下的程序執(zhí)行紊亂問題。?
??? (2)? 軟件陷阱與指令冗余。通過在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令，將已經(jīng)跑飛的程序拉回來。如下面的三字節(jié)指令：?
??? NOP?
??? NOP?
??? LJMP? ERROR?
??? (3)? 關(guān)鍵字重送技術(shù)。在系統(tǒng)程序正確執(zhí)行的情況下，有些單片機(jī)系統(tǒng)的外圍芯片受干擾后易丟失控制字，而通過在程序的適當(dāng)位置重送這些控制字，可有效避免這種情況的發(fā)生。此外，系統(tǒng)還采取了光電隔離、使用多層電路板、數(shù)字地和模擬地單點(diǎn)星形連接且靠近電源、加粗電源線和地線等一系列抗干擾措施。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
??? 系統(tǒng)軟件包括測(cè)控軟件和處理軟件兩部分。

3.1 測(cè)控軟件
??? (1) 測(cè)控軟件的主要任務(wù)是：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化、自檢，預(yù)置各種參數(shù)，處理鍵盤輸入和液晶屏顯示，存儲(chǔ)、傳輸采樣數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)通信控制，抗干擾設(shè)計(jì)。?
??? (2) 測(cè)控軟件用匯編語言編寫，其功能模塊如圖4所示。?

??? (3) 通信控制方法
??? 測(cè)控軟件中通信控制模塊至關(guān)重要，通信程序一旦出現(xiàn)問題，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓，采取差錯(cuò)控制與容錯(cuò)技術(shù)是非常重要的。
??? ·主控站發(fā)送的命令中包含一定數(shù)量的同步符FFH和三字節(jié)的密碼，測(cè)量站在連續(xù)收到5個(gè)同步符后進(jìn)行密碼驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后正式接收命令字節(jié)；如未通過，則測(cè)量站發(fā)一信號(hào)讓主控站重發(fā)，三次驗(yàn)證不過則停發(fā)該命令；測(cè)量站發(fā)/主控站收時(shí)，與此相同。?
??? ·一條命令由三字節(jié)構(gòu)成，第二字節(jié)等于第一字節(jié)加15H，第三字節(jié)等于第二字節(jié)加16H，同時(shí)每一個(gè)字節(jié)后面都標(biāo)明后面剩余字節(jié)的個(gè)數(shù)，如果收到的命令不符合遞增規(guī)則或字節(jié)數(shù)不符，則重發(fā)該命令，連續(xù)三次錯(cuò)誤時(shí)停發(fā)。
??? ·主控站每發(fā)一個(gè)命令，測(cè)量站都回送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)，該應(yīng)答信號(hào)中包含原命令樣本。
3.2 處理軟件
??? 處理軟件以Power Builder和Visual C＋＋為開發(fā)工具，數(shù)據(jù)管理部分的軟件設(shè)計(jì)以Windows?9X為運(yùn)行環(huán)境，采用Windows視窗技術(shù)，界面友好，操作直觀簡(jiǎn)便。處理軟件功能模塊如圖5所示。
??? 系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)和有效的通信控制方法，接收/發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)很少出現(xiàn)少收誤收現(xiàn)象，誤碼率低，系統(tǒng)具有較好的抗干擾性能，通信具實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性。

4 結(jié)束語
??? 水下爆炸壓力遙測(cè)系統(tǒng)為水中兵器水下爆炸威力及其對(duì)艦船的毀傷能力的評(píng)估提供了一種較為先進(jìn)的測(cè)量手段。該系統(tǒng)利用在無線通信領(lǐng)域較先進(jìn)的擴(kuò)頻通信技術(shù)、較完善的軟硬件設(shè)計(jì)和抗干擾措施，保證了系統(tǒng)工作的安全性和可靠性。系統(tǒng)同樣適用于其它水下爆炸物爆炸壓力等的測(cè)量，有較大的推廣價(jià)值。