参量阵浅地层剖面技术研究
参量发射阵能以较小的换能器尺寸实现低频、窄波束、低旁瓣发射声波,在浅地层剖面研究中,对于对换能器尺寸有严格要求的情况下是一种优良选择.本文从非线性声学原理出发,结合参量发射阵技术设计参量阵浅地层剖面仪,应用于浅地层掩埋管线探测.在讨论了参量阵的形成机理的基础上推导得到差频波的声压表达式,增益表达式和指向性表达式,得出应用于宽带参量阵模型的差频声压值与包络函数平方的二阶偏导成正比的结论,并对不同包络信号条件下的差频特性进行了仿真,为系统设计打下基础.系统硬件设计部分分五个功能电路进行介绍.电源板介绍了系统的供电设计,测试输出得到各电路工作需要的稳定直流电压;发射板介绍了信号的形式,信号的单片机产生,发射信号经驱动电路被D类功放电路放大供给换能器,储能电容为发射供能的设计,测试得到发射信号声源级225.6d B,输出电功率720.4W;接收板介绍了可变增益放大电路、固定增益放大电路、以及无源滤波器的设计,测试得到可变增益输出范围-8d B~72d B,固定增益输出20.8d B;数字信号处理板设计介绍了DSP的最小系统设计,利用DSP的ADC外设对回波信号进行采样,从XINTF接口扩展内存,扩展网口实现与上位机的通信,以及对发射的同步控制和接收机的增益控制设计.系统设计满足参量阵浅剖仪的工作需要.参量阵浅剖仪软件设计主要介绍了软件的功能流程和信号处理流程,并对软件中的核心算法模块进行设计说明.算法包括带通FIR滤波器、包络检波、抽取压缩、触底检测、TVG补偿等几个主要模块.完成了对参量阵浅剖仪的运行控制.水池试验对参量阵浅剖仪产生的差频信号特性进行了测试,得到原频声源级226d B,差频声源级169.9d B,原频波-3d B开角2.9°,差频波-3d B开角3.5°,适当展宽,差频转换效率0.16%,差频增益-56.1d B,与理论基本相符.
- 作者：
- 祝鸿浩
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 水声工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 王锦柏
- 中图分类号：
- TB565
- 关键词：
- 参量阵浅剖仪；硬件设计；软件设计；差频信号特性
- The parametric sub-bottom profiler； Hardware design； Software design； The difference frequency signal characteristic