TKIS-Ⅰ图像声呐硬件系统升级研究与实现

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海洋是地球的重要组成部分。在很多水域中,水下的环境十分复杂,能见度低。由于水介质的传输特性,声呐作为水下通信的一种可靠性设备,无疑是人类探测海洋世界的伟大发明。TKIS-Ⅰ是一款头盔式单波束机械扫描彩色图像声呐,它可以由单兵携带下水即可完成作业,主要用于水下打捞;探索搜救等工作。目前已应用于海军部队并获得了广泛的认可。作者本人通过硕士期间的研究方向,结合目前世上声呐的发展现状,升级了TKIS-Ⅰ图像声呐的硬件系统。解决了当前TKIS-Ⅰ图像声呐发射声源级低;接收增益范围小;采样速率低;数字信号处理能力不足;无法兼容高频声呐换能器等缺点。基于当前硬件系统的升级需要。作者从声呐发射机与接收机,信号处理及控制系统这两大方面来展开研究。完成实现并满足升级需求。具体工作如下:针对目前TKIS-Ⅰ图像声呐发射机与接收机的工作原理以及各方面性能指标进行研究并分析其不足之处。分析了半导体功率管的特性并对其进行升级选型。改进了功率放大电路。升级了功放驱动与阻抗匹配电路。根据运算放大器的各项性能指标进行升级选型,升级前置放大,二级放大与后级放大电路。设计了675kHz-3MHz的宽带LC滤波器。分析了接收机功耗影响因素,设计了转换效率更高的DC-DC电源。设计制版电路完成发射机与接收机的升级。针对目前TKIS-Ⅰ图像声呐信号处理及主控系统功能部分进行研究分析其不足之处。采用基于Cortex-M7内核,主频为480MHz性能更为优秀的数字IC。提高采样速率与数字信号的处理能力。根据HAL库来设计语言程序,编写软件代码。实现系统工程的配置;ADC高速采样的升级;PWM发射脉冲的实现;基于浮点FFT数字信号处理算法的升级;USART数据传输的实现;机械功能模块的实现。完成信号处理及主控系统升级。最后进行各个部分的实验验证。其中包括一些主要升级功能部分的测试,系统的成像实验。论证系统的可行性,从而满足升级要求。
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