论文题目: 引信水中超声波探测技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 机械电子工程
作者: 赵国库
导师: 张相炎,陈荷娟
关键词: 引信,水中探测,超声波,邻弹干扰,压电换能器
文献来源: 南京理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 以火箭深弹新型多作用体制引信为应用背景，对引信水中超声波探测技术进行了研究，目的是在不改变现有深弹结构的情况下，通过增加超声波探测与控制模块来实现近炸引信功能。 传统主动声纳设计理论主要考虑中远程探测，不能完全适用于引信水中超声波探测系统设计。本文从近程探测的角度出发，参照传统主动声纳设计理论的分析方法，对水中超声波探测相关理论进行深入研究，分析了超声波信道、发射信号形式和回波检测模型，得到了水中超声波探测的体积混响表达式，设计了引信水中超声波探测系统的CW发射信号。 以多管火箭深弹齐射的情况为例，建立了深弹水中分布模型，仿真结果表明，引信水中超声波探测系统探测距离为15m情况下，产生邻弹干扰的概率超过13％。分析了产生邻弹干扰的原因：(1)误认邻弹为目标；(2)将邻弹的发射信号误认为回波信号；(3)将邻弹的回波信号误认为回波信号。完善了多普勒频偏法，解决了前两种邻弹干扰问题；提出了双门窗口控制法，解决了第三种邻弹干扰问题。 进行了引信水中超声波探测系统的总体设计和参数选择，完成了换能器基阵和电路的设计与实现。从提高换能器抗过载能力和长储性的角度出发，采用P-51压电陶瓷材料和环氧绝缘板制作了压电换能器，优化了锥台形6阵元换能器基阵的结构，设计了新型收发转换电路。 由于实验室条件有限，自制了压电换能器导纳测量装置，配合实验室已有的数字信号发生器和计算机，完成压电换能器的导纳特性测量。 为了满足抗邻弹干扰的要求，设计了混频器、滤波器和检波器。因为在宽度为1ms的多普勒频偏信号中只包含有2～6个脉冲，传统二极管包络检波器的输出信号惰性失真大，所以，利用复杂可编程逻辑器件设计了计数检波器，通过在1ms时间内统计输入信号的脉冲个数，来区分干扰脉冲和回波信号，起到检波和滤波的双重作用，提高了电路的抗干扰能力。 最后，对引信水中超声波探测系统进行了静、动态原理试验和抗邻弹干扰模拟试验，结果表明，引信水中超声波探测系统采用多普勒频偏和双门窗口控制技术相结合的方法，能够有效地抗邻弹干扰，实现测距与控制功能。
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景和意义
1.2 课题研究的国内外发展状况
1.2.1 火箭深弹引信的研究状况
1.2.2 近程探测技术在水中武器引信中的应用情况
1.2.3 引信水中超声波探测技术的研究状况
1.3 本文的主要研究工作
1.4 本文的内容安排
2 水中超声波信道与信号检测模型分析
2.1 水中超声波信号传输基本模型
2.2 超声波信道对信号的影响分析
2.2.1 超声波在信道中的传播衰减
2.2.2 海水中的声速
2.2.3 超声波信道的干扰因素分析
2.3 信号检测模型分析
2.3.1 发射信号波形
2.3.2 回波检测模型分析
2.4 本章小结
3 引信水中超声波探测系统总体方案与参数选择
3.1 引信水中超声波探测系统的工作原理与设计原则
3.1.1 引信水中超声波探测系统的工作原理
3.1.2 引信水中超声波探测系统的设计原则
3.2 引信水中超声波探测系统的总体方案
3.2.1 邻弹干扰问题分析和解决思路
3.2.2 蝙蝠回声定位特点对系统设计的借鉴作用
3.2.3 引信水中超声波探测系统的主要构成
3.2.4 引信水中超声波探测系统的工作流程
3.3 引信水中超声波探测系统的参数选择
3.3.1 引信水中超声波探测系统的主要参数
3.3.2 系统工作频率f
3.3.3 多普勒门限频率f_d
3.3.4 CW探测信号脉冲宽度τ_p
3.3.5 最大探测距离S_m和发射电功率P_e
3.3.6 双门窗口控制信号的延迟开门时间τ_h
3.3.7 双门窗口控制信号的信号门宽度τ_k
3.4 本章小结
4 压电换能器及基阵的实现与测试
4.1 压电换能器的工作原理及设计要求
4.2 压电换能器在脉冲信号激励下的响应特性分析
4.2.1 压电圆片厚度伸缩工作模式的等效电路
4.2.2 压电换能器在脉冲信号激励下的响应特性
4.3 压电换能器设计
4.3.1 压电材料的选择
4.3.2 压电换能器的设计制作
4.4 压电换能器的测量
4.4.1 压电换能器的导纳分析
4.4.2 压电换能器导纳测量原理及实现方法
4.4.3 压电换能器导纳特性测量及结果分析
4.5 换能器基阵设计及指向性测量
4.5.1 换能器基阵的结构
4.5.2 压电换能器基阵收发转换电路
4.5.3 换能器基阵的指向性
4.6 本章小结
5 引信水中超声波探测系统电路设计与实现
5.1 引信水中超声波探测系统电路的原理框图
5.2 探测信号功率放大电路
5.2.1 储能电路设计
5.2.2 功率放大电路设计
5.2.3 试验验证
5.3 回波信号处理电路
5.3.1 阻抗匹配与放大电路
5.3.2 混频和滤波电路
5.3.3 增益控制与整形电路设计
5.3.4 计数检波电路
5.4 中心控制电路
5.4.1 控制单元中CPLD的设计、实现与仿真
5.4.2 控制单元中AVR单片机设计
5.5 电源和电压转换电路
5.6 本章小结
6 引信水中超声波探测系统试验研究
6.1 引信水中超声波探测系统静态试验
6.1.1 试验方法
6.1.2 试验所需设备
6.1.3 试验步骤
6.1.4 试验结果及分析
6.2 引信水中超声波探测系统动态模拟试验
6.2.1 试验方法
6.2.2 试验步骤
6.2.3 试验结果及分析
6.3 双门窗口控制法抗邻弹干扰模拟试验
6.3.1 试验方法
6.3.2 试验步骤
6.3.3 试验结果及分析
6.4 本章小结
7 结束语
7.1 全文总结
7.2 存在的问题及建议
致谢
攻读博士学位期间以第一作者发表的论文
参考文献
发布时间: 2006-12-06
参考文献
- [1].伪码调相引信实验干扰源系统关键技术及工程应用研究[D]. 胡泽宾.南京理工大学2006
- [2].引信压电发电机原理及试验研究[D]. 李映平.南京理工大学2006
- [3].伪码调相引信抗典型干扰的信号处理方法研究[D]. 张淑宁.南京理工大学2006
相关论文
- [1].引信压电发电机原理及试验研究[D]. 李映平.南京理工大学2006
- [2].引信空炸炸点精确控制技术研究[D]. 何振才.南京理工大学2006
- [3].引信环境分析、测试与迫弹引信安全系统设计研究[D]. 李豪杰.南京理工大学2006
- [4].火箭弹引信二维弹道修正原理与关键技术研究[D]. 孙磊.南京理工大学2005
- [5].引信与武器系统信息交联中的遥控装定技术研究[D]. 曹成茂.南京理工大学2005
- [6].炮口感应装定引信技术及试验研究[D]. 黄学功.南京理工大学2005
- [7].伪码调相引信抗典型干扰的信号处理方法研究[D]. 张淑宁.南京理工大学2006
- [8].多管火箭弹引信感应装定技术与飞行时间修正方法[D]. 杨会军.南京理工大学2007
- [9].引信球转子动力学与设计理论研究[D]. 闻泉.南京理工大学2007
- [10].大量程超声波测距系统研究[D]. 潘仲明.国防科学技术大学2006