水听器电信号模拟装置的设计与实现

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1、学校代码10530学号201230111776分类号TP217密级公开硕士学位论文水听器电信号模拟装置的设计与实现学位申请人王正强指导教师肖业伟副教授学院名称信息工程学院学科专业控制工程研究方向智能控制二○一五年五月二十日TheDesignandImplementationofHydrophoneelectricalsignalsimulatorCandidateWangZhengqiangSupervisorAssociateProf.XiaoYeweiCollegeInstituteofInformationEngineeringProgramCont

2、rolEngineeringSpecializationIntelligentControlTechniqueDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversitythDateMay,202015湘潭大学硕士学位论文水听器电信号模拟装置的设计与实现摘要水听器作为声呐设备的核心器件，能接收水下超声波信号。该超声波信号主要用来为船舶定位、测距和导航等。水听器一般安装于船舶等航海设备的底部，因此在进行水听器信号采集的时候需下到船舱，或者修建专门的水听器实验水池，这给实验带来了很大的不便，也需要极大的成本开支。由

3、于水听器输出信号极为微弱，在微伏级别，所以常规的信号发生器虽然功能多样，但并不能模拟出如此微弱的传感器信号。而随着日益增长的海洋发展需求，对于水听器的应用也越来越多，因此，对水听器电信号的模拟装置的需求也显得极为迫切。文中主要对信号的生成、噪声的滤除、信号低噪声衰减和信号采集等内容进行了研究。信号生成主要包括频率合成和幅度控制两部分。频率合成主要采用了直接数字式频率合成技术，文中分析了整个频率合成过程，并对各个节点信号频谱进行了分析。幅度控制方面，采用数模转换器来模拟数字电位计的功能，并通过数值逼近的方法来完成正弦波和三角波的调制；在幅度调制以后由于数模转

4、换器量化误差等原因，输出信号中含有高阶杂散信号，为了使得调制后的波形更加平滑，信噪比更高，研究设计了四阶巴特沃斯滤波器，本文主要对滤波器平坦度以及相位特性进行了分析；信号衰减网络主要完成伏级信号到微伏级别的衰减，论文主要研究了阻容衰减网络在通带内的平坦度，元器件本身热噪声对输出信号的影响，以及温度对该网络的影响；反馈信号采集方面，为了能够更加准确的采集到输出信号，同时为了能够降低软件消耗，主要研究并实现了从硬件方面实现信号有效值化，使得所有输出信号都能够有效值化。本文通过合理的电路设计和软件控制，完成了对水听器电信号的模拟装置设计，达到了预期的效果。该装置

5、的实现，极大的简化了水听器相关实验的实验条件，节约了实验成本，也为其他传感器信号应用领域提供了多样化的微弱信号源。该装置主要可以模拟水听器几种典型的通信信号，其中包括：规则正弦信号，经过正弦信号或者三角波信号幅度调制过的正弦信号，以及频率调制正弦信号。输出信号幅度也与水听器电信号在一个级别，50微伏到300微伏之间。关键词：水听器；模拟装置；直接数字式频率合成技术；巴特沃斯滤波；阻容衰减网络I湘潭大学硕士学位论文水听器电信号模拟装置的设计与实现AbstractHydrophoneasthekeydeviceofthesonarequipmentcanrec

6、eiveunderwaterultrasoundsignalwhichismainlyusedforlocating,rangingandnavigationofships.Whenpeopleareacquiringsignals,theymustgointothecabinorspecialhydrophoneexperimentalpondsforthereasonthatthehydrophoneisusuallyinstalledatthebottomofshipswhichmaketheexperimentinconvenientandalso

7、requiredahugecost.Sincethehydrophoneoutputsignal,whichisinmicro-voltslevel,isveryweak,theconventionalsignalgeneratorcan’tsimulatetheweeksensorsignalsevenifitisversatile.Withthegrowingdemandforoceandevelopment,moreandmoreapplicationsisdesignedforhydrophone.Therefore,thedemandforthe

8、simulationdevicesofhydrophoneelec