單波束測深儀系統(tǒng)仿真設(shè)計.pdf

1、單波束測深儀是水聲領(lǐng)域中常用的導(dǎo)航設(shè)備，經(jīng)常用于海水深度的測量，對船舶運(yùn)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(biāo)界面返回的波束測量各種距離參數(shù)的儀器。
　　 到20世紀(jì)80年代，測深儀從傳統(tǒng)的模擬機(jī)走向數(shù)字化和智能化，在解決模擬機(jī)型固有缺陷的同時還具備許多其它優(yōu)點(diǎn)，如采用復(fù)雜的信號處理技術(shù)，可提高系統(tǒng)檢測能力。由于工藝、技術(shù)水平等方面，我國和西方發(fā)達(dá)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(shè)備，受水下復(fù)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(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。
　　 國內(nèi)外內(nèi)對測深儀的研究很普遍，相關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)、資料、論文很多，但系統(tǒng)地介紹測深儀設(shè)計的文獻(xiàn)相對較少。本文的主要任務(wù)是進(jìn)行單波束測深儀系統(tǒng)的仿真設(shè)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(biāo)進(jìn)行了分析、

3、論述，推論總結(jié)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(shè)計中首先通過等效電路圖法進(jìn)行了縱向振動復(fù)合棒換能器振子的設(shè)計，利用優(yōu)化設(shè)計及冗余設(shè)計方法對振子的聲性能進(jìn)行理論計算，然后對圓盤活塞陣換能器基陣的聲性能進(jìn)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(xué)中互易原理的角

4、度出發(fā)，由換能器發(fā)射響應(yīng)來推算出換能器接收靈敏度，然后依次進(jìn)行了接收換能器輸出回聲信號范圍、接收機(jī)輸入的回聲信號范圍、接收機(jī)增益、動態(tài)范圍、接收機(jī)自噪聲的計算；在信號檢測模塊設(shè)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(jié)了匹配濾波器的主要性質(zhì)，并通過包絡(luò)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(jìn)的匹配濾波器方法。
　　 本文通過具體案例及設(shè)

5、計要求，完成了單波束測深儀的仿真設(shè)計。其中聲系統(tǒng)利用縱波振動復(fù)合棒型換能器振子及基陣成陣仿真模型設(shè)計，由此得到了換能器發(fā)射頻率響應(yīng)曲線及接收靈敏度曲線發(fā)射響應(yīng)曲線，通過計算基陣聲源級可達(dá)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(jī)要求最大總增益84dB，接收機(jī)理論最小總增益-21dB，電路自噪聲為1μ V，接收靈敏度為-190.5dB?？刂铺幚硐到y(tǒng)則根據(jù)最佳匹配濾波對采集到的