声呐系统前端抗干扰分析与相控阵接收机设计

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1、哈尔滨T袢人学硕+学何论文连线缆以及连接器是复杂系统中电磁兼容性最为薄弱的环节之一，也是一个共性问题[12J[13]。系统互连线不合理的设计往往是造成系统电磁兼容性能不合格的主要原因。以电能为动力或用电子设备控制的所有系统中，线缆由十分重要的作用，如用线缆向系统输送电能，传递指挥、控制、描述系统状态的信息等。线缆是外界与系统相互作用的最重要途径之一。飞机、导弹和建筑物内部的线缆以及建筑物之间、可移动设备之间的连接线缆也对系统的特性产生严重影响。这些线缆可能并不长，也可能并不直接受外界电磁场的作用，但也会成为感应电流及电压通向敏感电路区的传播途径。大多数的

2、电子设备都有封闭的金属机壳，有相当好的屏蔽效能。可是一旦有了连接线缆，如图1．1金属机壳外的强感应信号就有可能被引进设备的内电路中l。41。因此，对线缆进行屏蔽，对线缆屏蔽层与连接器及连接器与机箱fB】的导电连接进行特殊处理，以抑制线缆束的干扰，是系统整体设计中不可缺少的环节¨”。．／金属外K．连接器：戳机箱豇一二组机箱E!电衬垫屏r蔽层一图1．1电子设备结构屏蔽是将电磁场干扰源至器件或设备的传输(播)路径切断，从而达到消除或减弱干扰源对其它器件或设备不良影响的效果。根据屏蔽的对象的不同，可以将其分为两大类：一类是将电磁场的产生源作屏蔽，使得屏蔽层外的电

3、磁场强度减弱；另一类是将特定的器件模块或设备屏蔽起来，使得屏蔽层外的电磁场的影响减弱。对于一个理想的电子设备而言，不仅要求它受其它设备产生的电磁场的影响尽可能的小，而且要求它尽可能少的辐射出干扰电磁场趋影响其它设备。因此在国际通用的各种EMC指标中，无一例外的都包括这两项内容，而屏蔽是实现这些指标的重要措施。本文2、3、4章研究信号线缆接地方式，信号线缆长度对声纳系统的影响，以及声呐系统工作频段屏蔽材料的屏蔽效率。2哈尔滨I：稃人学硕十学何论文1．2系统前端抗干扰发展情况目前国内对系统前端抗干扰的研究主要是针对信号线缆之间串扰，以及传输线的阻抗匹配。这些

4、研究都是针对高频段一般在10MHz以上，而且对信号线的屏蔽问题的研究也只局限于线缆本身对外辐射的屏蔽研究，对于外电磁场在屏蔽电缆中感应电流的研究只有定性的解释，也没有人专门定量的分析。对于信号线长度对系统的影响的研究，也是局限于高频段(信号线长度大于信号四分之一波长时)依据传输线理论对不同参数的同轴电缆的等效阻抗进行仿真计算，设置电路的输入输出阻抗使之与传输线达到匹配，实现信号无失真的传输。而对于工作在低频段的声呐系统(2MHz以下)，没有相关的研究。本文应用等效传输线法推导出金属材料的电磁波屏蔽效率，应用电磁场理论推导出屏蔽壳体的电场屏蔽效率和磁场屏蔽

5、效率。1．3现代舰船的电磁环境现代水面舰船的装备由越来越多的高新技术电子设备组成，舰船电磁环境的多种因素(On图1．2)对于电子系统的正常工作造成恶劣的影响口1。根据多图1．2舰船电磁环境因素年的舰船电磁兼容设计和实船电磁兼容测试试验经验，将舰船电磁环境划分为露天区电磁环境和舱内电磁环蜊。4“151。露天区电磁环境对舰船隐身性能、自身电磁兼容性、与其他系统的电磁兼容性和武备安全性有着至关重要的影响p1。构成露天区电磁环境的发射源包括远程预警雷达、近程搜索雷达、导航雷达、照射雷达、雷达对抗有源干扰设备、卫星通信、无线电通信、卫星和无线电导航设备等。这些发射

6、源单独或同时发射是构成舰船露天区电磁环境的主要因素，露天区电磁场频率几哈尔滨T程大学硕十学传论文乎包含了从射频到微波的所有频段。并且很多高功率的发射源很容易产生高场强区域，对甲板面的武备、燃油、设备或人员的安全性带来严重影响”6“171。舰船舱内安装了数量庞大的电子设备，敷设了大量的各类电缆，以它们所发出的有意或无意电磁骚扰为主构成了舱内狭小空间的电磁环境，主要因素包括：设备机柜、机箱电磁密封性不良或机壳接地不良引起的电场和磁场泄露：显示器的电场、磁场辐射；电缆屏蔽层接地不良或插头与插座连接处屏蔽处理不良引起的电场、磁场辐射：各种整流器、逆变电源、开关电

7、源对电网产生的传导骚扰；设备电源电路设计不完善造成的对电源网络的传导骚扰；舱室门、开口屏蔽不良导致舱外辐射电磁场进入；进出舱室的电缆、管路接地不良导致骚扰引入等。舰船舱室内电磁环境也是舰船电磁兼容设计中不可忽视的重要内容。舱内主要是以磁场干扰为主，甲板上主要以电场干扰为主，壳体附近向水中辐射磁场m1。1．4主要工作本论文研究的主要内容是把电磁兼容理论应用到声呐系统里，并且主要研究系统的信号预处理部分的抗干扰分析方法与设计方法。主要工作包括一下几个方面：1．推导出外电磁场在屏蔽电缆中感应电流的计算方法，并给出在不同外场情况下，屏蔽电缆的接地方法。2．分析信

8、号线缆长度对声呐系统综合响应的影响，给出改进方法，并通过实验验证仿真结果。3．给