【摘要】：由于水下環(huán)境的特殊性,在水聲設備的研制、驗收及操作人員技術培訓等各環(huán)節(jié)中,都需要相應的輔助測試儀器配合。近年來,我國著力推動海洋科技向創(chuàng)新引領型轉(zhuǎn)變,各種新型水聲技術裝備不斷涌現(xiàn)。在這一背景下,研發(fā)配套的輔助測試設備具有重要的現(xiàn)實意義。根據(jù)相關項目需求,本文設計了一套滿足技術參數(shù)指標要求、工作穩(wěn)定可靠、便于用戶使用及維護的具有應答功能的水下聲源系統(tǒng),系統(tǒng)的主要用途是作為其他水聲設備測試或校準試驗用的輔助聲源。系統(tǒng)由水上分機和水下分機構成。水上分機布置于近岸或船上,而水下分機裝載于UUV(無人潛航器)或其他運載器。系統(tǒng)工作時,水上分機通過水聲換能器發(fā)出不同的問詢信號,實現(xiàn)對水下分機工作狀態(tài)的控制;而水下分機接收到問詢信號后首先判斷是何種指令,如控制低頻聲源的啟動和停止指令、控制功放單元上電下電指令或控制水聲應答器應答指令等,再根據(jù)指令做出相應動作。論文的主要內(nèi)容包括系統(tǒng)總體方案設計、硬件設計和系統(tǒng)軟件程序的編寫。根據(jù)功能的不同,硬件部分主要包括水下分機中的信號調(diào)理單元、控制單元、功率放大單元、供電單元等。在信號調(diào)理單元中,前置放大器選用了具有高輸入阻抗、低噪聲特點的OPA602運放芯片,高通濾波器可以通過濾除低頻聲源信號使應答器接收機正常工作,而增益放大電路實現(xiàn)對輸入信號可選擇放大倍數(shù)的多級放大;控制單元的核心器件為ARK-1123型工控機,通過RS-232串口連接輔助控制單元(單片機)對外部結(jié)構進行控制,包括對增益放大倍數(shù)的選擇和對繼電器組的控制等,并且通過對ARK-1123工控機內(nèi)置聲卡的操作實現(xiàn)對信號的采集和產(chǎn)生,工控機還可實現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的存儲;功率放大單元由高效率的D類音頻功率放大器和升壓變壓器構成。軟件部分包括水上分機軟件程序和水下分機軟件程序,其中水下分機軟件程序包括工控機程序和單片機程序。最后,對系統(tǒng)的各個單元進行了測試,并且對系統(tǒng)整體進行多次試驗。驗證了系統(tǒng)功能的正確性和可靠性,水聲應答器可準確應答,發(fā)射聲源級滿足184dB指標要求,低頻聲源的發(fā)射聲源級滿足175dB指標要求。試驗結(jié)果表明本文設計的具有應答功能的水下聲源系統(tǒng)已達到了預期設計要求。
【學位授予單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：U666.7
【圖文】：

哈爾濱工程大學碩士學位論文由哈爾濱工程大學研制的高精度超短基線定位系統(tǒng)，應用于“大洋一號”、“科學”號及“向陽紅九號”，該系統(tǒng)不僅打破了國外壟斷，而且填補了國內(nèi)市場的空白。由杭州應用聲學研究所下屬的瑞聲海洋儀器公司研制的聲學釋放器 SFQ-1，是首臺國產(chǎn)聲學釋放器，其工作水深為 10 米~1000 米，可連續(xù)工作 90 天[16]。上述系統(tǒng)都是以水聲應答器為主要結(jié)構來實現(xiàn)其特定功能，而本文設計的系統(tǒng)則是在具有水聲應答功能的同時具有低頻聲源的功能，并且可以通過水聲信號實現(xiàn)對低頻聲源的啟動、停止等控制。

圖1.1 CTG公司相關產(chǎn)品（a）Date physics公司的水聽器校準系統(tǒng) （b）Benthos公司的水聲應答器圖1.2 水聲應答器相關設備1.3 論文主要研究內(nèi)容和技術指標論文設計了一套集低頻聲源和水聲應答功能于一體的水下聲源系統(tǒng)。系統(tǒng)的主要用途是作為其他水聲設備測試或校準試驗用的輔助聲源。

上分機發(fā)射的問詢信號，并在滿足要求（發(fā)射聲源級、頻率、脈寬）的情況下予以應答或做出其他相應的動作。圖2.1 系統(tǒng)整體框架示意圖具有應答功能的水下聲源系統(tǒng)的硬件設計主要包括對水下分機的硬件設計工作。而水下分機包括水下分機的主體、輔助設備上下電控制器和便攜式顯示器。水下分機的結(jié)構示意圖如圖 2.2 所示，由水密電子艙、換能器支撐架及安裝在支撐架上的兩個換能器（一個用于應答，另一個用于低頻聲源）組成。水密電子艙內(nèi)安裝電路系統(tǒng)，電子艙兩端與換能器支撐架連接。水密電子艙上共有三個水密連接器，其中兩個用于連接換能器，且實現(xiàn)對水密電子艙內(nèi)的鋰電池組充電，另一個用于對電子艙內(nèi)工控機進行參數(shù)配置及對工控機的上下電操作。水密電子艙內(nèi)部結(jié)構如圖 2.3 所示。為保證系統(tǒng)能夠連續(xù)在水下工作 12 個小時以上，這將需要大量的電能供給，因此電池艙段將占用較大的艙內(nèi)空間。電池擬選用高能量密度的可充電聚合物鋰電池[17][18]。

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 張曉琳;毛紅杰;唐文彥;;干涉測量低頻水下聲源頻率的改進算法[J];光學精密工程;2018年11期

2 余文晶;何琳;程果;徐榮武;;力-聲互易在水下聲源強度測量中的應用[J];艦船科學技術;2015年08期

3 王富海;李偉峰;;基于Gmap.NET的水下聲源爆炸標記與記錄系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J];軟件工程;2017年06期

4 楊德森;謝長生;;水下噪聲源的聲成像研究[J];哈爾濱船舶工程學院學報;1992年03期

5 傅金祝;;作為水下聲源的長壽命同軸火花發(fā)生器[J];水雷戰(zhàn)與艦船防護;2007年04期

6 D.E.Tremain;D.J.Angelakos;李士才;;用微波在水表面的反射來檢測水下聲源[J];水聲譯叢;1975年01期

7 A.Broder;李士才;;自適應聲納波束形成[J];水聲譯叢;1977年02期

8 尚大晶;李琪;商德江;侯本龍;;水下聲源輻射聲功率測量實驗研究[J];哈爾濱工程大學學報;2010年07期

9 王玉明;董軍;;基于低頻水下聲源激發(fā)表面波參數(shù)的研究[J];西安航空學院學報;2015年03期

10 王莉;張效民;;水下聲源信號頻段確定技術[J];電聲技術;2008年06期

相關會議論文 前9條

1 陳韶華;相敬林;;基于過零檢測技術的水下聲源線譜測量[A];第十一屆船舶水下噪聲學術討論會論文集[C];2007年

2 田作喜;門麗潔;劉彥瓊;陳軍鋒;;激光產(chǎn)生的水下聲源特性[A];中國聲學學會2005年青年學術會議[CYCA'05]論文集[C];2005年

3 王燕;方爾正;;激光探測水下聲信號方法原理與對比研究[A];第十二屆船舶水下噪聲學術討論會論文集[C];2009年

4 楊德森;時潔;;單輔助源矢量陣相位誤差校正方法[A];2009年度全國物理聲學會議論文集[C];2009年

5 付留芳;趙國君;章新華;李鵬;;一種基于模態(tài)濾波的水下弱目標探測方法[A];中國聲學學會2017年全國聲學學術會議論文集[C];2017年

6 冷長麗;商德江;肖妍;;淺海信道中異型陣測量水下聲源輻射聲場[A];中國聲學學會2017年全國聲學學術會議論文集[C];2017年

7 嚴輝;黃逸凡;劉振;閆克平;;等離子體氣泡動態(tài)過程及聲納原理[A];第十五屆全國等離子體科學技術會議會議摘要集[C];2011年

8 孟春霞;張亮;牟昊;車樹偉;;一種預報水下體積聲源垂直指向性的方法[A];2014年中國聲學學會全國聲學學術會議論文集[C];2014年

9 姚磊;;用Ansys計算密閉殼體的插入損失[A];中國聲學學會2007年青年學術會議論文集（下）[C];2007年

相關博士學位論文 前4條

1 鄧圓;超短脈沖強激光在介質(zhì)中的傳輸及激光在水下聲源中的應用[D];浙江大學;2013年

2 張曉琳;基于激光干涉的水表面聲波探測技術研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2010年

3 盧葦;大功率甚低頻水下聲源研究[D];哈爾濱工程大學;2011年

4 孫超;有限空間水下結(jié)構近場聲全息技術及應用研究[D];哈爾濱工程大學;2013年

相關碩士學位論文 前7條

1 趙顯章;具有應答功能的水下聲源系統(tǒng)設計[D];哈爾濱工程大學;2019年

2 吳秋韻;伯努利濾波水下聲源匹配場跟蹤方法研究[D];浙江大學;2018年

3 劉肖宇;基于CCD的光學水下聲源探測方法研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

4 趙龍;激光相干探測水下聲信號的特征提取與分析[D];煙臺大學;2017年

5 許佳婷;低頻水下聲源的激光探測研究[D];陜西師范大學;2012年

6 王旭;自動水下聲源探測跟蹤系統(tǒng)[D];蘭州大學;2016年

7 王斌;水下聲源被動定向技術研究[D];西北工業(yè)大學;2003年

本文編號：2800694