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原文传递单波束测深仪系统仿真设计

论文题名：	单波束测深仪系统仿真设计
关键词：	测深仪;发射系统;接收系统;匹配滤波;优化设计;冗余设计
摘要：	单波束测深仪是水声领域中常用的导航设备，经常用于海水深度的测量，对船舶运输、地形测绘及海洋工程有重要意义。单波束测深仪是一种较高精度的测深声纳，它是一种利用发射声脉冲从目标界面返回的波束测量各种距离参数的仪器。　　到20世纪80年代，测深仪从传统的模拟机走向数字化和智能化，在解决模拟机型固有缺陷的同时还具备许多其它优点，如采用复杂的信号处理技术，可提高系统检测能力。由于工艺、技术水平等方面，我国和西方发达国家还是存在着一定的差距，普遍存在抗干扰性能差以及自动化程度低等问题。同时，单波束测深仪作为一种水声设备，受水下复杂条件及安装平台的影响，尤其是是声场环境的非理想性，从而大大限制了设备的可靠性和稳定性。　　国内外内对测深仪的研究很普遍，相关的技术文献、资料、论文很多，但系统地介绍测深仪设计的文献相对较少。本文的主要任务是进行单波束测深仪系统的仿真设计。在以噪声背景为主要干扰的情况下，对声系统、发射系统、接收系统、控制处理系统主要指标进行了分析、论述，推论总结了建立一套简化的单波束测深仪仿真模型。　　单波束声系统设计中首先通过等效电路图法进行了纵向振动复合棒换能器振子的设计，利用优化设计及冗余设计方法对振子的声性能进行理论计算，然后对圆盘活塞阵换能器基阵的声性能进行了仿真、评估；发射系统中介绍利用声源级公式推算发射电功率的方法，分析、讨论了发射信号脉宽信号宽度不能小于换能器的暂态时间的基本原则，同时还要考虑到水域尺寸等因素的制约要求。接收系统中从水声学中互易原理的角度出发，由换能器发射响应来推算出换能器接收灵敏度，然后依次进行了接收换能器输出回声信号范围、接收机输入的回声信号范围、接收机增益、动态范围、接收机自噪声的计算；在信号检测模块设计中首先介绍了几种常用的信号处理方法及其效果，然后介绍了滤波器的计算方法，引出了匹配滤波器的概念，总结了匹配滤波器的主要性质，并通过包络匹配滤波与新匹配滤波的仿真分析比较，针对单波束测深仪信号处理给出了一种改进的匹配滤波器方法。　　本文通过具体案例及设计要求，完成了单波束测深仪的仿真设计。其中声系统利用纵波振动复合棒型换能器振子及基阵成阵仿真模型设计，由此得到了换能器发射频率响应曲线及接收灵敏度曲线发射响应曲线，通过计算基阵声源级可达209.7dB；发射系统中发射信号脉宽分别取值0.001～0.008S，发射电功率为59W；接收系统接收机要求最大总增益84dB，接收机理论最小总增益-21dB，电路自噪声为1μ V，接收灵敏度为-190.5dB。控制处理系统则根据最佳匹配滤波对采集到的信号进行仿真处理，得到具体的数据处理效果图，一定程度上验证了模型的合理性。
作者：	胡昌顺
专业：	电子与通信工程
导师：	孙大军;胡兵
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文