參量陣聲束相控系統(tǒng)的研究與實現(xiàn).pdf

1、目前參量陣已經(jīng)在水下聲納、深海探魚、公司展示廳、機(jī)場驅(qū)鳥等領(lǐng)域開始應(yīng)用，能在這些領(lǐng)域應(yīng)用主要是由于參量陣發(fā)出的聲束具有高指向性，能在進(jìn)行遠(yuǎn)距離定向傳輸。改變參量陣聲束指向性可通過機(jī)械式聲束偏轉(zhuǎn)與相控陣聲束偏轉(zhuǎn)實現(xiàn)。與機(jī)械式聲束偏轉(zhuǎn)相比，相控陣聲束偏轉(zhuǎn)具有操作靈活、變化速率快、任意角度均可偏轉(zhuǎn)、隨機(jī)偏轉(zhuǎn)等優(yōu)異性能，因此研究參量陣聲束的相控陣偏轉(zhuǎn)對于參量陣的應(yīng)用具有十分重要的意義。
　　本文旨在解決參量陣聲束涉及的理論及關(guān)鍵技術(shù)問題，

2、重點(diǎn)針對參量陣聲束的相控偏轉(zhuǎn)進(jìn)行了理論研究，探討了參量陣相控中的影響因素及其影響規(guī)律，通過物理實現(xiàn)研制出具有良好聲束相控偏轉(zhuǎn)性能的參量陣相控系統(tǒng)。
　　本文的主要研究內(nèi)容具體如下：本文首先闡述參量陣和相控陣的理論基礎(chǔ)，并對“Westervelt方程”、“Berktay遠(yuǎn)場解”、“KZK方程”作了討論。換能器陣作為發(fā)射機(jī)中直接發(fā)出聲束的部分，它的性能直接影響到發(fā)出波束的開角，柵瓣，旁瓣，以及相控能夠達(dá)到的角度等，本文對換能器指向性理

3、論作了研究，并用MATLAB對其指向性作了一系列仿真。數(shù)字波束合成是實現(xiàn)系統(tǒng)的關(guān)鍵，本文對數(shù)字波束合成的基本理論作了研究，計算了要達(dá)到某個偏轉(zhuǎn)角度所需要對每個通道所加的發(fā)射延時，并對相控指向性作了仿真，分析了能達(dá)到的效果。在對各個理論進(jìn)行研究后，完成了系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)，在 FPGA平臺上實現(xiàn)整個系統(tǒng)。將軟件系統(tǒng)分為了延時時間計算、粗細(xì)延時產(chǎn)生、粗延時處理、細(xì)延時處理、存儲模塊五個小模塊，編寫了各個小模塊的verilog程序，對每個小模塊

4、進(jìn)行仿真和調(diào)試，并對所有小模塊進(jìn)行聯(lián)調(diào)，燒寫進(jìn)FPGA，進(jìn)行調(diào)試，以FPGA作為硬件平臺完成數(shù)字波束合成系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)。最后，本文也對后端的驅(qū)動電路進(jìn)行了研究，設(shè)計了 D類功率放大器，并對匹配濾波網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了研究和設(shè)計，根據(jù)本文的系統(tǒng)設(shè)計了LC匹配濾波器。
　　通過對參量相控陣的指向性研究，發(fā)現(xiàn)了“主瓣幅值偏轉(zhuǎn)抑制”和“波束偏轉(zhuǎn)失準(zhǔn)”兩個現(xiàn)象。隨后通過對數(shù)字波束合成系統(tǒng)的測試，成功的用Chipscope和示波器觀察到多路具有相對時延