【摘要】：由于水下環(huán)境的特殊性,在水聲設(shè)備的研制、驗(yàn)收及操作人員技術(shù)培訓(xùn)等各環(huán)節(jié)中,都需要相應(yīng)的輔助測(cè)試儀器配合。近年來(lái),我國(guó)著力推動(dòng)海洋科技向創(chuàng)新引領(lǐng)型轉(zhuǎn)變,各種新型水聲技術(shù)裝備不斷涌現(xiàn)。在這一背景下,研發(fā)配套的輔助測(cè)試設(shè)備具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。根據(jù)相關(guān)項(xiàng)目需求,本文設(shè)計(jì)了一套滿足技術(shù)參數(shù)指標(biāo)要求、工作穩(wěn)定可靠、便于用戶使用及維護(hù)的具有應(yīng)答功能的水下聲源系統(tǒng),系統(tǒng)的主要用途是作為其他水聲設(shè)備測(cè)試或校準(zhǔn)試驗(yàn)用的輔助聲源。系統(tǒng)由水上分機(jī)和水下分機(jī)構(gòu)成。水上分機(jī)布置于近岸或船上,而水下分機(jī)裝載于UUV(無(wú)人潛航器)或其他運(yùn)載器。系統(tǒng)工作時(shí),水上分機(jī)通過(guò)水聲換能器發(fā)出不同的問(wèn)詢(xún)信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)水下分機(jī)工作狀態(tài)的控制;而水下分機(jī)接收到問(wèn)詢(xún)信號(hào)后首先判斷是何種指令,如控制低頻聲源的啟動(dòng)和停止指令、控制功放單元上電下電指令或控制水聲應(yīng)答器應(yīng)答指令等,再根據(jù)指令做出相應(yīng)動(dòng)作。論文的主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)軟件程序的編寫(xiě)。根據(jù)功能的不同,硬件部分主要包括水下分機(jī)中的信號(hào)調(diào)理單元、控制單元、功率放大單元、供電單元等。在信號(hào)調(diào)理單元中,前置放大器選用了具有高輸入阻抗、低噪聲特點(diǎn)的OPA602運(yùn)放芯片,高通濾波器可以通過(guò)濾除低頻聲源信號(hào)使應(yīng)答器接收機(jī)正常工作,而增益放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)可選擇放大倍數(shù)的多級(jí)放大;控制單元的核心器件為ARK-1123型工控機(jī),通過(guò)RS-232串口連接輔助控制單元(單片機(jī))對(duì)外部結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制,包括對(duì)增益放大倍數(shù)的選擇和對(duì)繼電器組的控制等,并且通過(guò)對(duì)ARK-1123工控機(jī)內(nèi)置聲卡的操作實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的采集和產(chǎn)生,工控機(jī)還可實(shí)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ);功率放大單元由高效率的D類(lèi)音頻功率放大器和升壓變壓器構(gòu)成。軟件部分包括水上分機(jī)軟件程序和水下分機(jī)軟件程序,其中水下分機(jī)軟件程序包括工控機(jī)程序和單片機(jī)程序。最后,對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)單元進(jìn)行了測(cè)試,并且對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行多次試驗(yàn)。驗(yàn)證了系統(tǒng)功能的正確性和可靠性,水聲應(yīng)答器可準(zhǔn)確應(yīng)答,發(fā)射聲源級(jí)滿足184dB指標(biāo)要求,低頻聲源的發(fā)射聲源級(jí)滿足175dB指標(biāo)要求。試驗(yàn)結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的具有應(yīng)答功能的水下聲源系統(tǒng)已達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：U666.7
【圖文】：

哈爾濱工程大學(xué)碩士學(xué)位論文由哈爾濱工程大學(xué)研制的高精度超短基線定位系統(tǒng)，應(yīng)用于“大洋一號(hào)”、“科學(xué)”號(hào)及“向陽(yáng)紅九號(hào)”，該系統(tǒng)不僅打破了國(guó)外壟斷，而且填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的空白。由杭州應(yīng)用聲學(xué)研究所下屬的瑞聲海洋儀器公司研制的聲學(xué)釋放器 SFQ-1，是首臺(tái)國(guó)產(chǎn)聲學(xué)釋放器，其工作水深為 10 米~1000 米，可連續(xù)工作 90 天[16]。上述系統(tǒng)都是以水聲應(yīng)答器為主要結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)其特定功能，而本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)則是在具有水聲應(yīng)答功能的同時(shí)具有低頻聲源的功能，并且可以通過(guò)水聲信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻聲源的啟動(dòng)、停止等控制。

圖1.1 CTG公司相關(guān)產(chǎn)品（a）Date physics公司的水聽(tīng)器校準(zhǔn)系統(tǒng) （b）Benthos公司的水聲應(yīng)答器圖1.2 水聲應(yīng)答器相關(guān)設(shè)備1.3 論文主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)指標(biāo)論文設(shè)計(jì)了一套集低頻聲源和水聲應(yīng)答功能于一體的水下聲源系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要用途是作為其他水聲設(shè)備測(cè)試或校準(zhǔn)試驗(yàn)用的輔助聲源。

上分機(jī)發(fā)射的問(wèn)詢(xún)信號(hào)，并在滿足要求（發(fā)射聲源級(jí)、頻率、脈寬）的情況下予以應(yīng)答或做出其他相應(yīng)的動(dòng)作。圖2.1 系統(tǒng)整體框架示意圖具有應(yīng)答功能的水下聲源系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包括對(duì)水下分機(jī)的硬件設(shè)計(jì)工作。而水下分機(jī)包括水下分機(jī)的主體、輔助設(shè)備上下電控制器和便攜式顯示器。水下分機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2.2 所示，由水密電子艙、換能器支撐架及安裝在支撐架上的兩個(gè)換能器（一個(gè)用于應(yīng)答，另一個(gè)用于低頻聲源）組成。水密電子艙內(nèi)安裝電路系統(tǒng)，電子艙兩端與換能器支撐架連接。水密電子艙上共有三個(gè)水密連接器，其中兩個(gè)用于連接換能器，且實(shí)現(xiàn)對(duì)水密電子艙內(nèi)的鋰電池組充電，另一個(gè)用于對(duì)電子艙內(nèi)工控機(jī)進(jìn)行參數(shù)配置及對(duì)工控機(jī)的上下電操作。水密電子艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2.3 所示。為保證系統(tǒng)能夠連續(xù)在水下工作 12 個(gè)小時(shí)以上，這將需要大量的電能供給，因此電池艙段將占用較大的艙內(nèi)空間。電池?cái)M選用高能量密度的可充電聚合物鋰電池[17][18]。

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8 尚大晶;李琪;商德江;侯本龍;;水下聲源輻射聲功率測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2010年07期

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本文編號(hào)：2800694