水声主被动定位系统声模拟器设计

论文摘要

主被动水声定位系统是可以以主动/被动两种方式对水下目标进行定位的水声测量设备,被动定位系统无需合作信号,依靠被测目标的辐射噪声定位,而主动定位系统需要利用水下目标发射的主动合作信号对目标定位。本论文的主要研究内容是主被动水声定位系统配套设备声信号模拟器电子平台设计。水声发射机在水声定位、导航、探测等水下系统中,有着举足轻重的作用,它的性能的优劣直接影响着整个系统的定位精度、作用距离等指标。本论文从总体上讨论了信号模拟器的设计需求、外部接口等,然后讨论了声模拟器电子平台的各个组成部分,分别介绍了驱动信号生成器、功率放大、换能器匹配等模块,重点介绍了以ALTERA公司的飓风系列大规模现场可编程门阵列(EP1C6Q240C8)为核心处理器的驱动信号生成器。此外,本论文还从原理上讨论了各种功率放大形式的效率,给出了基于D类功放的设计原理,设计了以变压器、串并联谐振回路为核心的阻抗匹配网络。论文最后介绍了FPGA生成主被动信号所用到的基于拟物法的近似查表算法,同时也给出了运用这种算法所得到的仿真结果。在松花湖,声信号模拟器配合水声主被动定位系统完成了湖上试验。通过与浮标阵接收到的原始信号的比对,得到的结果证明,声信号模拟器能够实现水下运动目标的主被动两种工作方式下声源的模拟。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 水声定位技术
• 1.3 现代电子技术
• 1.4 水声发射机概述
• 1.5 论文工作安排
• 第2章 水声主被动定位原理概述
• 2.1 主被动水声定位系统概述
• 2.2 主被动工作原理
• 2.2.1 被动方式工作原理概述
• 2.2.2 主动方式工作原理概述
• 2.3 本章小结
• 第3章 水声主被动声模拟器硬件设计
• 3.1 声信号模拟器组成及其功能实现
• 3.2 水声主被动声模拟器数字电路设计
• 3.2.1 FPGA电路设计
• 3.2.2 FLASH
• 3.2.3 通信接口
• 3.2.4 同步接口
• 3.2.5 SDRAM
• 3.2.6 ADC
• 3.2.7 复位电路设计
• 3.3 水声主被动声模拟器模拟电路设计
• 3.3.1 DAC
• 3.3.2 滤波器设计
• 3.3.3 光耦隔离设计
• 3.3.4 射极跟随器
• 3.4 功率放大电路设计
• 3.4.1 功放电路简介
• 3.4.2 信号调理部分
• 3.4.3 功率放大部分
• 3.4.4 变压器及阻抗匹配
• 3.5 电源管理设计
• 3.5.1 设计思想
• 3.5.2 性能分析及选型
• 3.6 本章小结
• 第4章 水声主被动声模拟器软件设计
• 4.1 概述
• 4.2 主动信号软件设计
• 4.2.1 基于拟物方法的近似查表算法
• 4.2.2 基于FPGA的主动信号程序设计
• 4.3 被动信号软件设计
• 4.3.1 m序列方法的仿真分析
• 4.3.2 基于FPGA的程序设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 试验结果
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录