水听器电信号模拟装置的设计与实现

发布时间：2017-10-25 14:36

  本文关键词：水听器电信号模拟装置的设计与实现

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【摘要】：水听器作为声呐设备的核心器件,能接收水下超声波信号。该超声波信号主要用来为船舶定位、测距和导航等。水听器一般安装于船舶等航海设备的底部,因此在进行水听器信号采集的时候需下到船舱,或者修建专门的水听器实验水池,这给实验带来了很大的不便,也需要极大的成本开支。由于水听器输出信号极为微弱,在微伏级别,所以常规的信号发生器虽然功能多样,但并不能模拟出如此微弱的传感器信号。而随着日益增长的海洋发展需求,对于水听器的应用也越来越多,因此,对水听器电信号的模拟装置的需求也显得极为迫切。文中主要对信号的生成、噪声的滤除、信号低噪声衰减和信号采集等内容进行了研究。信号生成主要包括频率合成和幅度控制两部分。频率合成主要采用了直接数字式频率合成技术,文中分析了整个频率合成过程,并对各个节点信号频谱进行了分析。幅度控制方面,采用数模转换器来模拟数字电位计的功能,并通过数值逼近的方法来完成正弦波和三角波的调制;在幅度调制以后由于数模转换器量化误差等原因,输出信号中含有高阶杂散信号,为了使得调制后的波形更加平滑,信噪比更高,研究设计了四阶巴特沃斯滤波器,本文主要对滤波器平坦度以及相位特性进行了分析;信号衰减网络主要完成伏级信号到微伏级别的衰减,论文主要研究了阻容衰减网络在通带内的平坦度,元器件本身热噪声对输出信号的影响,以及温度对该网络的影响;反馈信号采集方面,为了能够更加准确的采集到输出信号,同时为了能够降低软件消耗,主要研究并实现了从硬件方面实现信号有效值化,使得所有输出信号都能够有效值化。本文通过合理的电路设计和软件控制,完成了对水听器电信号的模拟装置设计,达到了预期的效果。该装置的实现,极大的简化了水听器相关实验的实验条件,节约了实验成本,也为其他传感器信号应用领域提供了多样化的微弱信号源。该装置主要可以模拟水听器几种典型的通信信号,其中包括:规则正弦信号,经过正弦信号或者三角波信号幅度调制过的正弦信号,以及频率调制正弦信号。输出信号幅度也与水听器电信号在一个级别,50微伏到300微伏之间。
【关键词】：水听器 模拟装置 直接数字式频率合成技术 巴特沃斯滤波 阻容衰减网络
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB565.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 水听器概述9-11
• 1.1.1 水听器发展过程9-10
• 1.1.2 水听器工作原理10-11
• 1.2 国内外研究现状11
• 1.3 研究意义11-12
• 1.4 论文主要工作12
• 1.5 本文组织安排12-13
• 第2章 总体方案13-17
• 2.1 前言13
• 2.2 技术要求13-14
• 2.3 难点分析14-15
• 2.4 总体规划方案15-16
• 2.4.1 硬件设计说明15-16
• 2.4.2 软件设计说明16
• 2.5 本章小结16-17
• 第3章 硬件设计及分析17-48
• 3.1 前言17
• 3.2 信号源实现17-29
• 3.2.1 频率合成技术17-18
• 3.2.2 DDS技术原理18-20
• 3.2.3 DDS信号指标及分析20-25
• 3.2.4 DDS芯片选取25-27
• 3.2.5 DDS时钟晶振选取27-28
• 3.2.6 正弦信号生成电路实现28-29
• 3.2.7 幅度控制电路实现29
• 3.3 滤波电路实现29-39
• 3.3.1 滤波器模型及主要特性30-31
• 3.3.2 前级波形分析31-32
• 3.3.3 滤波器选择32-36
• 3.3.4 滤波电路运算放大器的选择36-37
• 3.3.5 滤波电路设计37-39
• 3.4 信号衰减电路实现39-44
• 3.4.1 衰减电路分析与选择39-40
• 3.4.2 阻容分压电路分析与参数确定40-44
• 3.5 信号采集回路44-47
• 3.5.1 取样类型的分析与选择44-45
• 3.5.2 信号处理手段的分析与处理45
• 3.5.3 取样点的分析与选择45-46
• 3.5.4 信号采集回路硬件电路设计46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 软件设计及分析48-53
• 4.1 前言48
• 4.2 主程序设计48-50
• 4.3 幅度控制的程序实现50-52
• 4.3.1 连续输出实现50
• 4.3.2 正弦调制输出实现50-51
• 4.3.3 三角波调制输出实现51-52
• 4.4 频率调制的实现52
• 4.5 本章小结52-53
• 第5章 性能测试53-55
• 5.1 输出测试53-54
• 5.2 本章小结54-55
• 第6章 总结与展望55-56
• 6.1 总结55
• 6.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-60
• 附录A 实物图60-61
• 附录B 本人学术论文及研究成果61

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本文编号：1094173