《一种双频工作侧扫声纳系统前置预处理机》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种双频工作侧扫声纳系统前置预处理机（2页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第2 7 卷第5 期 2 0 0 8 年1 0 月 声学技术 1 一e c h n i c a lA c o u s t i c s 、，0 1 2 7 N o 5P t 2 O c t 2 0 0 8 一种双频工作侧扫声纳系统前置预处理机 李小英 ( 第七一五研究所，杭州，3 1 0 0 1 2 ) As o r t o fp r e p r o c e s s o ro fs i d es c a ns o n a ri nt w o f I r e q u e n c y U x i a o - y i n g I 淞矗m t e 研7 1 5 l 口n g z h o u 3 l o
2、o l 2 c h i M l 引言 侧扫声纳主要用于测绘海底地貌，可探测海底 礁石、沉船、管线、电缆及水下障碍物等，是现今 海洋调查中广泛使用的工具。为了减小船舶运动以 及跃变层对系统工作的影响，通常都采用拖曳式工 作，即将换能器及相关电路安装在拖鱼内，拖鱼用 电缆连接到工作船上。工作时，安装在拖鱼内的两 排换能器阵以扇形波束向两侧发射单频或调频声脉 冲，发射脉冲由近而远依次到达海底并有一部分能 量被依次反向散射，声纳换能器接收这些散射回波 并转换成电信号；经前置放大、预处理、信号处理 后，接收的电信号在图形记录器或显示屏上显示出 表征海底特性的二维地形图。侧扫声纳工作频率越 高目标分辨越好
3、，但作用距离越短：频率越低分辨 越差，但扫幅越宽，双频工作侧扫声纳系统同时具 有低频系统的远距离和高频系统的高精度两个优点 l 上1 。这里介绍一种频带在1 0 0 k H z ，4 0 0 k H z 的双频 工作侧扫声纳系统的前置预处理机设计。 2 系统对前置预处理机的要求 2 1 功能要求 前置预处理机主要完成对接收换能器接收的水声 信号进行低噪声放大、滤波、程控增益控制、补偿放 大、工作频带切换和正交解调，最后输出给其后的信 号处理机。 2 2 指标要求 通道数：6 工作频带：1 0 0 m z ，4 0 0 l 【H z ： 供电方式：9 V ，5 V ； 工作频带特性：1 0 0k
4、 H z 5 0 0 k H z ： 带内波纹：S 3 d B ； 带外衰减：不小于4 0 d B ( 5 0 m z 处) 折合输入端噪声：5 u v ( r m s ) 。 接收增益控制：0 至4 5 d B 范围内以3 d B 增减。 幅度不一致性：2 d B 3 技术设计 3 1 功能框图 海底反向散射强度随距离的增加和掠射角的变 小而急剧下降，要使目标信号能成功地凸现在背景 上，就须综合使用低噪声放大、程控增益控制、两 种工作频带切换等技术。 侧扫声纳前置预处理功能框图见图1 。 图l 侧扫声纳前置预处理功能框图 F i 9 1 F u n c t i o nf m m eo f p
5、 佗p r o c e s ro fs i d es 啪n 盯 整个前置预处理机电路包括低噪声前置放大 器、预放电路、程控增益控制、高通滤波器、补偿 放大、工作频带切换电路、正交解调以及输出电路 等几个部分。 其中前置预处理所需的程控增益信号、频带切 换命令和正交解调信号由信号处理机提供。 3 2 技术设计 图1 所示功能框图中预放电路、补偿放大电路 和输出电路均采用一级或两极反相放大器电路级联 而成1 2 l ，用运算放大器O P 4 6 7 中的一个或两个单运 放分别完成，根据需要对放大量进行设定。O P 4 6 7 是一种低噪声、高速运算放大器，该运算放大器增 益带宽积为2 8 M H
6、z ，可以满足侧扫声纳系统宽频带 的要求。这里着重介绍低噪声前放、程控增益控制、 高通滤波器、工作频带切换电路、正交解调部分的 技术设计和器件选型。 作者简介。李小英，1 9 7 3 5 ，女，浙江，汉族，本科，高级工程师，研究方向为不同声纳的前置预处理工作。 讯作l 李小英，t 0 1 x y O s i n8 c 伽 第5 期李小英：种双频工作侧扫声纳系统的前置预处理机 5 l l 3 。2 。 鬣蝶辫羲故 主要用予水听器信号的低噪声前置放大，选用 低噪声运算放大器0 羧6 3 7 设计，该运算放大器增 益带宽积报宽，电压嗓声和电流噪声也缀小，完全 可以满足髓爨预处理低噪声和宽频带的要浓。
7、 3 ，2 ，2 程控增益控制 程控增益控制电路对经过预放电路之瓣的信号 进行增益控制，要求在0 4 5 d B 范围内以3 d B 增减， 以便于整个系统根据不同实际情况选择合适的放大 鏊，麸嚣达到整个系统的凝往瞧辘。选蠲毫匿控翩 放大暴窝运簿藏太器中酶嚣个纂运敖完袋。其串程 控增益信号潮信号处理枫提供。 3 。2 。3 裹通滤波器 高通滤波器位于增益控制电路之后，主要用子 毙成工作频带以下噪声的抑制。离通滤波器采用五 阶有源高通椭圈函数滤波器电路。 实际商遴滤波器主要揍标如下； 通带1 0 0 k H z 5 0 0 k 瓿 带内波纹：1 d B ； 带外衰减：不小于4 6 d B ( 截
8、止频率点5 擞至差z 处) 姨以上数据可看嬲，熬通滤波器蜃达翔豹主要指 撩高于翻招系统对翦嚣预处理桃鳇要求。 3 2 4 工作频带切换甑路 两 路 正 交 解 谰 信 号 镤! | 扫声魏互终频带切换电路功能框圈兕图2 。 鞠慕，然嚣再震低淹滤波器滤豫爨积矮豹高频蔫号 ，从而褥到所需频率的波形。侧扫声纳2 路信号缝 磁交解调后变成4 路信号。 侧季至声纳单路正交解调功缝框溺觅图3 。 罄2 麓翔声绫工棒鞭带讶豢魄籍璃辘撵餮 懿9 2F 叫c 啪n 舶棚幢o f 鲫“c hc i r c l l i to fw o 心肌q u e n c yo fs i 如s c a ns o n 缸 这种双频
9、工作侧据声纳系统工作在蹶个频带， 艇霹蓠鬟预处瑾撬焉富，努颂荚霜露一个蓠萋羲楚 疆逶道。箕中最关键熊是根据瞎号处理规来鳃频带 切换命令，多路开关选择不同低通滤波器的输入和 输凄，使相应的正交解调信号送给翦置预处理通道 的芷交解调电路。 3 。2 ，5 芷交躲调电路 由于镁| j 捆声纳工作频赘缀惠，前置颈处遴盾懿 信号登须经雁交解调骺输璃给信号处理辘。正交解 调电路主要党成对侧捆声纳前置预处理后的信号的 征交解调功能，侧扫声纳的芷交解调信号E l l 信号处 瑗鞔提供，受两路正交解漶镑肇与补偿放大螽售号 匝爱夏垂蜀 两路正 乘 o 通滤波器1 l 交解调 法 一低遴滤波爨2 l 偿号 器 匿3
10、 铡稳声螭单鼹正交瓣壤功簸糕夔 鞘移F 缸d i o n 舭啪eo f d c m 耐谢a t 抽吡o f s i d es 啪s D n 甜 低通滤波器主要搬标如下： 遴带：O 5 0 娃差z 带内波纹：l d B ； 带外衰减；不小于4 6 d B f 截止频率点l o o 心挖处) 蠢主要性能指标 翁置预处理概主要性髓指标麴浚l 所示。 其中：以邋邋l 输出种作为O d B 参考 ( 放大量9 0d B ) 衰1前重预处理机主要饿能指橼 钝b 。i k 程嬲姆辨函翔拦n 妞E 醚蠛p 撑p n 澈s s 汀 颏率逶遘l 懑道2 遥遵3 遴道4逶遵5 通道S 输出Q + 0 d B O d
11、 B 一0 6 2 d B 一0 8 5 d B O 8 7 d B 一0 9 4 d B 毫簖出Q O d BO 。0 3 d B O 7 4 d B O 9 0 d B l 。0 2 d B 1 O O d B 窿爨I 铡BO 唾蘸瑟一0 。8 莲蠢瑟一蛰。? 8 蘸转一l ，l S 螫。8 7 塔 竣懑l 一0 盔O 。O 唾秘一0 ，8 器嘏一O ，8 0 勰一1 1 彝鹅一0 。8 9 醴 噪声2 6 I IV2 S # V2 3 | V 2 。3 弘V2 。4 pV2 4 肚V 5 结论 从表l 所示数据中，可以着幽幅度不一致性和 折合到输入端噪声均潢足指标要求。对予接收增益 控制珐琵，出于程控增蕴倍警宙髂号楚理枕提供， 通过调整程控增益信号大小，可精确地实现O 至 4 5 d B 范围内以3 d B 增减的要求。在研制过糨中， 通过合理的设计和器件选型，最终设计出满足双频 工馋测扫声纳系统熬蘩鐾颈处蘧枫。这静设诗宠全 哥豁扩展到冀窀工箨频段鳆恻弱声纳系统，其有较 赢的应用价傻。 参毒文藏 【l 】刘孟庵主编连立民副主编水声忑程浙江科学技术 出版社，勰0 2 嘲如虹R 。融热H l 著。陈瓣锦译运冀放大器应燃泡路纂 萃孛嚣诗囊塞蔽社，1 9 鼯
