多通道多波束发射机的设计与实现

发布时间：2020-08-18 09:59

【摘要】：多波束发射机是多波束测深系统的重要组成部分，同样也是耗电量最大的系统单元。根据设计要求，发射机应形成多个指向性发射波束，来实现宽扇面覆盖，而且对于高分辨率的声纳发射系统，其工作频率一般较高，还要输出较大的功率，这些都是需要解决的关键问题。本文的主要任务是设计多通道多波束发射机，包括相控信号产生与控制电路和功率放大电路的设计。 本文根据多波束形成原理，设计了基于FPGA(Field Programmable Gate Array)的相控信号产生与控制电路，系统采用数字相控延时发射技术，获得较高的分辨率，并利用硬件描述语言编写相应的程序，使FPGA受控输出含正弦信号包络的CW脉冲，为发射12路发射电路提供了±33°范围内扫描的发射波束。 为了实现在高频率范围内的较大功率发射，论文重点研究了如何提高放大电路的截止频率，设计了采用晶体三极管的基于乙类推挽式放大的功率放大器，并且精心选择了电路中的元件，合理地设置了电路中的参数。为了功率放大器能够稳定正常地工作，同样为放大电路设计各种保护电路，并较好地解决了最重要的散热问题。 经过实验室调试，所设计的相控信号产生电路和功率放大电路，基本达到了设计指标，验证了设计的正确性。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P715.5;TB566
【图文】：

波束发射相控技术形成技术是阵列信号处理最典型的技术之一[9][10]，它一般与声信号发射[11]，或者电磁信号发射/接收天线阵列[12]共同协作，在声纳或雷达等到定向定位、测深成像或者数据传输等目的。发射相控信号波束形成发射信号波束形成是让换能器阵列发射一个或多个指定方向的波束。波束的方向来设计各个阵元的发射信号，使各个阵元信号之间具有一过程如图 1.1 所示。

图 2.1 基阵各阵元的波束发射为 f 时，均匀线阵的静态指向性 ( )LD 为[16]12sin(sin/)sin(12sin/)() ddDL c/f，c 为水中声波传播的速度，一般取 c=1500m/s，)120.442arcsin(3ddB 指主瓣两侧声压的振幅下降到主瓣极大值的 0.707 倍之间的夹角。其实就是指向角 . 0d 时的阵列方向图，当工作频率到方向角为d 的指向为12sin[(sinsin/]sin[12(sinsin)/](,) ddLdddD

7换能器基阵的指向性中不但有主瓣，两侧还有一系列旁瓣，如图2.2的波束指向性图所示。旁瓣产生于特定的声源相长干涉点，是多波束工作中的不利因素，它指向于不希望的方向使主瓣的能量减少，过大的旁瓣不仅会引起空间增益下降还会影响到对海底地形的错误检测，设计的目的是让主瓣最大化而旁瓣最小化，因此需要采取适当的措施抑制旁瓣。主要的方法有振幅束控和相位束控，能使旁瓣获得不同程度的抑制。振幅束控是指旁瓣的能级可以通过给声源阵中不同基元加以不同的电压值而减少，这样同时会增加主波瓣的宽度；对不同基元接收到的信号进行适当的相位或时间延迟叫相位束控。用此技术可将主波瓣导向特定的方向。这时，每个基元的信号是分别输出的。为了抑制旁瓣，发射可以采用“余弦平方”等加权束控原理，并且按照加权分配给各级发射功率，可以使旁瓣抑制高达25dB。图 2.2 均匀线阵的波束指向图2.1.3 发射波束形成原理论文设计的多波束发射机发射波束是采用旋转定向的发射方式

【参考文献】

相关期刊论文 前7条

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本文编号：2796077