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原文传递多通道图像声纳模拟电子系统的研究

论文题名：	多通道图像声纳模拟电子系统的研究
关键词：	成像声纳;发射机;接收机;模拟电子系统
摘要：	深不可测的海洋安全形式逐渐严峻，岸基、水上重要活动、水下探测设备等都需要对航行前方超视距海洋的安全状况做出预判。在水下光学设备无法正常使用时，成像声纳可通过直观、丰富的图像，广泛应用于对航行前方无法安装测试设备的被测目标运动轨迹的探测。本文针对实际水下设备安装空间有限和系统稳定性问题，研究了成像声纳模拟电子系统的关键技术的改进，实现包括声纳发射机的稳定性、高效率的方法，和声纳接收机的小型化、低噪声、低功耗、低成本的方法，提高成像声纳的使用灵活性。　　根据系统技术指标要求，论文从理论仿真到设计实现完成对成像声纳发射机和接收机模拟电子系统部分的设计、调试和验证。本论文的主要工作内容及结论如下: 　　(1)论文从实现高效率展开对发射机的设计研究，通过对比不同类别的功放电路的适用场合和实现方式，选择D类半桥推挽差分输出的工作方式搭建功放电路。根据负载传感器的电学参数，基于并联匹配和串联匹配的差异，从理论计算上对比得出串联匹配的工作方式易于兼顾高效率和系统小型化设计，且考虑实际变压器漏感在匹配中占较大影响后，得出最佳匹配参数。　　(2)论文针对开关管MOSFET在高频工作状态下易发生击穿损坏的问题，从功放电路的结构展开，通过仿真分析和理论计算为MOSFET设计了输入逻辑保护、输出RDC吸收回路保护和散热保护。根据模块实验采集图像数据可得，本文设计的保护系统有效改善开关管工作状态下的输入输出波形超调过大和工作时温升过高的问题。该方法有效保护MOSFET在高频工作状态下免于发生击穿损坏，提高发射机工作稳定性。　　(3)针对成像声纳接收机模拟电子系统体积庞大、噪声高，易忽略小信号的问题，本文通过对电路噪声系数的分析和芯片引入噪声的计算，选择低功耗放大器实现多级可调增益放大电路，结合供电系统和PCB设计的降噪方法，有效降低接收模拟电子单通道等效输入噪声降低到5μV以下，整机系统功耗到48W以内，设备体积缩小到550mm×300mm×300mm，从设备体积、功耗、噪声方面提高设备的环境适用能力。　　(4)本文采用级联滤波系统实现高频高Q滤波功能，针对160路接收通道所用元件数众多，调试工作量较大的问题，对滤波电路的元件灵敏度仿真分析，得出使得多通道滤波参数在规定精度范围内的滤波模块各元件值的允许变化范围。在工程实现方面，该方法使得人工调试成本有效降低为总元件的20％以内。由于滤波模块元件值误差的存在，各接收通道间相位会存在明显差值。针对传统调相方式须同时考虑滤波系统中心频率、带宽和相位参数，使得滤波系统各元件参数调节困难的问题，本文设计RC调相电路，在不改变滤波主要参数的情况下，易于实现多通道接收调理电路的相位一致性，使得通道间相位调节难度明显下降。　　设计完成对成像声纳模拟电子系统单元的调试测试，达到指标要求，验证了论文提出的改进设计方法具有可行性，可有效提高发射机稳定性、减小接收机电子系统噪声并实现小体积、低功耗设计。通过整机水池试验成功对设备前方静止目标位置、运动目标轨迹进行准确测量成像，满足设备使用要求，验证了本文的研究设计方法具有实际的应用价值。
作者：	王子琪
专业：	电子与通信工程
导师：	勇俊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2022