在系統(tǒng)中,為了保證時序的匹配，各部分均運(yùn)行在一個統(tǒng)一的基本時鐘下，由一個外接晶振

40 MHz作為整個系統(tǒng)統(tǒng)一的輸入時鐘送人CPLD，經(jīng)CPLD產(chǎn)生CCD的各路驅(qū)動時鐘信號、

ADC驅(qū)動信號、USB和DSP的時鐘信號以及CPLD和DSP通信的信號。

     A／D的工作頻率和CCD的輸出頻率嚴(yán)格同步以確保不丟失有用的數(shù)據(jù)。

 CCD輸出的模擬信號經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入系統(tǒng)的處理單元DSP進(jìn)行處理。

DSP進(jìn)行信號處理后以12位的分辨率把數(shù)字形式的氣泡散射空間頻譜的峰值和半高寬度值送給USB單元，

通過USB接口實(shí)時上傳至電腦處理并存儲。系統(tǒng)DSP數(shù)據(jù)處理部分的工作流程如圖2所示。

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1．2 硬件設(shè)計(jì)
    CPLD選用可編程邏輯器件MAX7128SLC-84，DSP選用ADI公司的ADSP21062。MAX7128SLC-84可以將I／O設(shè)置在3．3 V或5 V下工作。因?yàn)橄到y(tǒng)中DSP，AD9200的工作電壓均為3．3 V，故CPLD的I／O也設(shè)置為3．3 V。然而CCD工作電壓為5 V，需要的外部驅(qū)動時序脈沖也都為5 V電平模式，而MAX7128SLC-84輸出的脈沖信號都為3．3 V，電平不匹配，這里采用ADG3308芯片對MAX7128SLC-84輸出的CCD驅(qū)動信號作電平轉(zhuǎn)換，使它們從3．3 V變?yōu)? V。MAX7128SLC-84與系統(tǒng)DSP，74AHC574，CCD之間的同步控制如圖3所示。

    END信號每11 ms產(chǎn)生一個負(fù)脈沖作為DSP的外部中斷請求信號，低電平有效。CLR信號由DSP產(chǎn)生，作為清零信號，當(dāng)CLR為低時，則不產(chǎn)生CCD與AD9200的驅(qū)動時鐘。PCLK是DSP的時鐘，與CPLD的輸入時鐘信號同頻，這里PCLK由CPLD產(chǎn)生而不是直接由晶振送入DSP是為了保證整個電路系統(tǒng)在統(tǒng)一的時鐘下工作。ADSP21062與74AHC574之間采用DMA握手方式讀取數(shù)據(jù)。74AHC574的CP與OE必須嚴(yán)格進(jìn)行設(shè)置，否則采樣數(shù)值將有時候發(fā)生紊亂。74AHC574的CP信號由CPLD產(chǎn)生，CP滯后DATACLK，在數(shù)據(jù)有效期內(nèi)CP上升沿將數(shù)據(jù)鎖存至74AHC574。DMAR1信號由CPLD產(chǎn)生，ADSP21062響應(yīng)該外部中斷請求DMAR1后輸出DMAG1信號作為74AHC574的輸出使能信號OE，從而以握手方式將數(shù)據(jù)送到ADSP21062的外部總線上。DSP用FLAG2產(chǎn)生DMAREN以控制DMAR1請求，方便ADSP2106在做數(shù)據(jù)處理時關(guān)斷外部中斷，防止由其產(chǎn)生的更改內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)的誤操作。
1．3 軟件設(shè)計(jì)
    由理論研究的結(jié)論可知，散射光空間譜強(qiáng)度服從圓對稱的高斯分布，因此，為了得到氣泡光散射譜強(qiáng)度分布的峰值和線寬參數(shù)，必須對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行高斯擬合。然而，由于高斯擬合算法無法克服光強(qiáng)飽和的影響，擬合曲線的形狀跟真實(shí)的譜強(qiáng)度的實(shí)際分布往往誤差較大，這會影響整個系統(tǒng)的探測精度、作用距離。進(jìn)一步分析可知，由于信號測量數(shù)值起伏不定，還存在一些嚴(yán)重偏離實(shí)際數(shù)值的雜散點(diǎn)，這些是由CCD器件的噪聲引起的，它們也嚴(yán)重影響了高斯擬合算法的效果。小波消噪技術(shù)使得信號測量數(shù)據(jù)值起伏變小，且消除了大部分的孤值點(diǎn)，從而使高斯擬合算法更有效，擬合結(jié)果也更逼近實(shí)際的譜強(qiáng)度分布。CCD每10．6 ms輸出一幀數(shù)據(jù)，一幀的信號輸出大約10 000個，為了提高程序執(zhí)行效率和運(yùn)算速度，把經(jīng)過小波消噪之后的數(shù)據(jù)再進(jìn)行壓縮，抽取其中500個數(shù)據(jù)點(diǎn)做高斯擬合處理。通過高斯擬合算法求出散射角譜高斯擬合曲線的峰值、峰值位置以及半高寬度。最后將求得的半高寬度和峰值輸出到后續(xù)USB接口部分。

2 結(jié) 語
    本文設(shè)計(jì)的艦船尾流探測系統(tǒng)，以尾流后向散射光空間頻譜強(qiáng)度的半高寬度和峰值來判斷水中是否存在尾流。這種測量方法能夠有效抑止背景干擾，有一定的先進(jìn)性。目前水下航行器的速度為30～70海里／h(1海里=1．852 km)，探測系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)周期為11 ms，假設(shè)水下航行器的速度為70海里／h，那么，探測系統(tǒng)每0．396 m采集一次數(shù)據(jù)，其精度是比較高的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該探測系統(tǒng)體積小、穩(wěn)定性好、可靠性高、處理速度快、探測結(jié)果準(zhǔn)確。