單波束測深儀系統(tǒng)仿真設計.pdf

1、單波束測深儀是水聲領域中常用的導航設備，經常用于海水深度的測量，對船舶運輸、地形測繪及海洋工程有重要意義。單波束測深儀是一種較高精度的測深聲納，它是一種利用發(fā)射聲脈沖從目標界面返回的波束測量各種距離參數的儀器。
　　 到20世紀80年代，測深儀從傳統(tǒng)的模擬機走向數字化和智能化，在解決模擬機型固有缺陷的同時還具備許多其它優(yōu)點，如采用復雜的信號處理技術，可提高系統(tǒng)檢測能力。由于工藝、技術水平等方面，我國和西方發(fā)達國家還是存在著一定的

2、差距，普遍存在抗干擾性能差以及自動化程度低等問題。同時，單波束測深儀作為一種水聲設備，受水下復雜條件及安裝平臺的影響，尤其是是聲場環(huán)境的非理想性，從而大大限制了設備的可靠性和穩(wěn)定性。
　　 國內外內對測深儀的研究很普遍，相關的技術文獻、資料、論文很多，但系統(tǒng)地介紹測深儀設計的文獻相對較少。本文的主要任務是進行單波束測深儀系統(tǒng)的仿真設計。在以噪聲背景為主要干擾的情況下，對聲系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、控制處理系統(tǒng)主要指標進行了分析、

3、論述，推論總結了建立一套簡化的單波束測深儀仿真模型。
　　 單波束聲系統(tǒng)設計中首先通過等效電路圖法進行了縱向振動復合棒換能器振子的設計，利用優(yōu)化設計及冗余設計方法對振子的聲性能進行理論計算，然后對圓盤活塞陣換能器基陣的聲性能進行了仿真、評估；發(fā)射系統(tǒng)中介紹利用聲源級公式推算發(fā)射電功率的方法，分析、討論了發(fā)射信號脈寬信號寬度不能小于換能器的暫態(tài)時間的基本原則，同時還要考慮到水域尺寸等因素的制約要求。接收系統(tǒng)中從水聲學中互易原理的角

4、度出發(fā)，由換能器發(fā)射響應來推算出換能器接收靈敏度，然后依次進行了接收換能器輸出回聲信號范圍、接收機輸入的回聲信號范圍、接收機增益、動態(tài)范圍、接收機自噪聲的計算；在信號檢測模塊設計中首先介紹了幾種常用的信號處理方法及其效果，然后介紹了濾波器的計算方法，引出了匹配濾波器的概念，總結了匹配濾波器的主要性質，并通過包絡匹配濾波與新匹配濾波的仿真分析比較，針對單波束測深儀信號處理給出了一種改進的匹配濾波器方法。
　　 本文通過具體案例及設

5、計要求，完成了單波束測深儀的仿真設計。其中聲系統(tǒng)利用縱波振動復合棒型換能器振子及基陣成陣仿真模型設計，由此得到了換能器發(fā)射頻率響應曲線及接收靈敏度曲線發(fā)射響應曲線，通過計算基陣聲源級可達209.7dB；發(fā)射系統(tǒng)中發(fā)射信號脈寬分別取值0.001～0.008S，發(fā)射電功率為59W；接收系統(tǒng)接收機要求最大總增益84dB，接收機理論最小總增益-21dB，電路自噪聲為1μ V，接收靈敏度為-190.5dB。控制處理系統(tǒng)則根據最佳匹配濾波對采集到的