水声应答器硬件与软件设计

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1、哈尔滨：l：程大学硕士学位淦文图1．4水声应答器原理框图1．3．5水声应答器主要指标分析在指标分析中需要用到的公式如下[24】[34】嘲。SLO—TL=NL—DIO+DTTL=20lgr+dr×10—3SLl=170．8+10lg(Pon)+D116(1．1)(1—2)(1．3)第1尊绪沦上述式中：SLO：目标声源级，单位dB。TL：传播损失，单位dB。NL：环境噪声级，单位dB。Dt0：水听器指向性指数，单位dB：DT：检测阈，荦．位dB。r：应答距离，单位111。Ⅱ：海水I吸收系数，单位knfdB。SLl：应答声源级，单位dB。P

2、e：发射机功率，单位W。n：发射机效率。Dll：发射换能器指向性指数，单位dB。已知参数如下：·水听器接收指向性为360。全向的，D10为0·检测闽DT为10dB·目标声源级SL0为2lOdB·海水吸收系数o【在600Hz～1000Hz频带内约为0．08dB／km·3级海况(试验要求)环境噪声级(600Hz～1000Hz频带内)一般取105dB·应答声源级SLl指标要求最大为175dB·发射机效率T1取80％·发射换能器指向性D11为0通过(1．1)式和(1-2)式计算出应答距离最大可达到40km，满足指标要求。另外，为了达到应答距离

3、指标，在工程设计中还需要确保电路子噪声不大于输入到前放的环境噪声。根据二I：：程设计经验，假设水听器：I：作频带内的接收灵敏度为．185dB，前放输入端的环境噪声为．80dB，即lOOuV，也就是说电路削噪声要求远小于100uV，考虑到设计余量，工作频带内整机电路自噪声要求小于50uV。目前，作为自噪声控制的关键部位，前放的电路自噪声可以做到2uV，可满足指标要求。通过(1．3)式计算出发射机的功率要求不小于3．1W，考虑到设计余量，发射机功率指标要求8W是可行的。1．4本论文的研究内容本论文主要研究基于TMS320VC5509A的水

4、声应答器硬件及软僻：设训‘。本论文主要对除声系统外的各个组成部分进行论述。主要研究内容安排如F。第1章：介绍了水声应答器的研制意义，介绍了当前水声应答器的发展现状，并提出了本文设计的水声应答器的概述、主要技术指标、主要设计思路以及原理框图。第2章：对水声应答器的硬件设计进行较为详细的介绍。主要包括前放及接收机、发射机、信号处理板以及电源的设计。第3章：对水声应答器的软件设计进行介绍。主要包括信号处理板应答工作模式和记录工作模式的软件设计，并对其中的基于FAT32文件系统的优盘文件存储设计进行了阐述。第4章：对水声应答器的水库试验情况进

5、行介绍。第2奄水声j虹答器硬件没训+第2章水声应答器硬件设计2．1硬件设计概述水声应答器硬僻：部分主要由前放及接收机、发射机、信号处理扳、电源组成。前放即前级放大电路是用于接收水听器的阻抗匹配以及信号放大，可集成于水听器中：主要由阻抗匹配、低功耗放大电路组成。接收机毛要完成接收信号的放大、滤波；主要由阻抗匹配、有源带通滤波器以及后置放大驱动电路组成。发射机用于对信号处理板形成的发射信号进行功率放大-3．}：匹配发射换能器发射；主要由PWM功放、阻抗匹配等电路实现。信号处理板是整个系统的控制核心，完成接收信号的采集、检测、记录并模拟嘲波

6、信号以及电源雌测；主要由数字信号处理器DSP、CPLD可编程逻辑控制器、AD模数转换电路、DA数模转换电路、SDRAM存储器、FLASH存储器、USB主机接口、RS232标准串行接口、SD卡接口以及板上低压电源等电路组成。电源部分主要为水声应答器各个部分提供相应的直流电源；采用37V锂电池组提供总电源，各部分都采用DC—DC—LDO变换方式供电。2．2前放及接收机设计2．2．1前放1)主要指标·供电：5V直流电压；·静态功耗：<、30mW；●工作频带范围：f600"--'1000)Hz：·输入接口方式：单端方式；·输入阻抗：≥500k

7、Q；·输出接口方式：隔直单端输出；·输出信号范围：0"一5V；·增益：14dB±0．2dB；·频带内(600Hz～1000Hz)输入端等效噪声：小于2uV●PCB板尺寸：由26ram×1．6删m。2)电路设训‘对于声学榆测设备来说，低噪声前放设计至关重要，水声应答器的前放电路就采用低功耗低噪声的设计原则。采用低功耗单电源设计，输入、输出均采用单端形式，输入阻抗同水听器输出匹配，电路形式采用同相放大器架构，信号放大增益为14dB±0．2dB。哈尔滨工程大学硕士学位论义电路由具有低功耗、低噪声运算放大器MAX4475和外围阻容元件组成，M

8、AX4475静态jE作电流Iaomax=4．4mA@5V，电压噪声密度eN=4．5nV／√Hz@lkHz，电流噪声密度iN=0．5fA／√Hz@lkI-tz，增益带宽乘积GBP=10MHz。电路形式采用同相输入方式，增益