【摘要】：聲吶作為對水下目標(biāo)探測與定位的設(shè)備,其重要組成部分之一為換能器基陣。由于制作工藝等原因,每個陣元間的幅度和相位水平很難保持一致。因此為了提高基陣的接收精度,本文設(shè)計(jì)了一套換能器幅相一致性測試系統(tǒng)。論文主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、硬件平臺搭建以及配套軟件編寫等。硬件平臺依據(jù)其功能劃分為綜合控制模塊、信號生成模塊、信號調(diào)理模塊、通道切換模塊以及信號采集模塊五個部分。綜合控制模塊采用DSP+FPGA架構(gòu),因?yàn)镈SP具有浮點(diǎn)運(yùn)算能力,且FPGA管腳資源豐富,為系統(tǒng)的升級預(yù)留了空間。信號調(diào)理模塊采用了程控放大倍數(shù)模式,且每個通道的放大增益均獨(dú)立可調(diào),從而提高了通道間幅度一致性。由于系統(tǒng)最多可以測試128個通道,本文采用64組繼電器組成通道切換模塊,既完成了測試通道的擴(kuò)展,又保證了通道間幅度和相位的一致性。系統(tǒng)選用AD9244作為信號采集模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換核心芯片,該模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片支持高速采樣率,可以實(shí)現(xiàn)對高頻信號的采集。同時,利用VC++設(shè)計(jì)了與之匹配的顯控軟件。在啟動測試系統(tǒng)后,上位機(jī)軟件會自動進(jìn)行自檢,確定系統(tǒng)內(nèi)各模塊能夠在軟件的控制下完成相應(yīng)功能動作。在使用時,用戶只需配置一些參數(shù)后,系統(tǒng)即可自動化完成測試過程,并可以將測試結(jié)果生成Word文檔。系統(tǒng)可產(chǎn)生指定頻率信號,該信號經(jīng)外部功放后推動發(fā)射換能器發(fā)聲。待測換能器基陣接收信號后經(jīng)調(diào)理電路進(jìn)入信號采集模塊。最后系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī),計(jì)算機(jī)通過分析和處理后,將通道間幅度和相位一致性顯示在界面上。整個系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行測試,性能穩(wěn)定,在20kHz~200kHz頻帶范圍內(nèi),幅度一致性小優(yōu)于±1dB,相位一致性優(yōu)于±3°,符合預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U666.7
【圖文】：

主要有三種方法：有源近場校準(zhǔn)、使用饋源法校準(zhǔn)和有源遠(yuǎn)場校準(zhǔn)。有源校準(zhǔn)算法的主要優(yōu)勢在于從理論上可以完全消除各種誤差的影響。目前基陣陣元的幅相一致性測量基本都采用了自校準(zhǔn)的方法。圖 1.1 所示為美國佛羅里達(dá)州的海軍海岸系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（NCSL）的相位一致性測試裝置。這種測量方法需要有專用的測量結(jié)構(gòu)，且固定器是設(shè)備的關(guān)鍵部分。圖 1.1 NCSL 測試裝置圖 1.2 為 715 研究所的耦合腔測量法。在耦合腔的底部固定一個發(fā)射器，然后在腔內(nèi)充滿水，被測水聽器放置在腔的頂部。在耦合腔中測得各水聽器開路電壓相位一致性，

第 1 章 緒論水聽器自由聲場開路電壓靈敏度的相位一致性。在測量時，調(diào)節(jié)信號器的發(fā)射電壓，直到示波器上的信號不失真為止。在有足夠的信噪比頻率發(fā)射電壓。此種方法不需要水池即可完成測試過程，省時省力，方測量方法的限制，每次只能測試一個換能器，不能實(shí)現(xiàn)對換能器陣列

其系統(tǒng)框架如圖 3.1 所示。圖 3.1 系統(tǒng)框架圖3.1 硬件總體方案設(shè)計(jì)本文采用 DSP 與 FPGA 組合的方式作為系統(tǒng)的控制核心，上位機(jī)通過 USB 接口與DSP 相連接，上位機(jī)首先把指令下發(fā)給 DSP，DSP 控制信號的產(chǎn)生、模擬開關(guān)以及繼電器的切換，同時 DSP 再將部分控制指令轉(zhuǎn)發(fā)給 FPGA。FPGA 控制 A/D 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與RAM 的數(shù)據(jù)緩存。采集完成后，F(xiàn)PGA 負(fù)責(zé)將采集到的原始數(shù)據(jù)上傳至 DSP，DSP 將數(shù)據(jù)打包后再傳送至上位機(jī)，供上位機(jī)處理和分析。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案如下：通常情況下，水聽器輸出的信號很微弱，同時信號的噪聲也很大，所以為了得到適合采集的信號，需要進(jìn)行放大濾波處理[11]�？紤]到水池的測試環(huán)境比較良好

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2791853