关于数字式主动声纳发射机的研究与设计

关于数字式主动声纳发射机的研究与设计

0 引言发射机是主动声纳或水下通信设备的重要组成部分，由信号发生器、功率放大器、匹配网络和发射换能器组成。为了达到预期的声源级和发射指向性，几十路甚至上百路换能器构成阵列，相控发射。相控阵发射机电子部分包含多个功率放大器，设备庞大复杂，系统可靠性受到限制。功率放大器是声纳发射机的核心设备，一般采用效率高、体积小的D类放大器，该放大器广泛用于音响、工业控制等领域。

在发射机整体设计方面，江磊等人利用音频功率放大器设计了小型水声发射机，整机体积缩小了50%[1]；戴戈等人提出了大功率、小体积且具有信号产生、监控和通信功能的智能宽带声纳发射机设计方案[2]；张缨、周雒维等人对放大器的控制方式进行研究，分别设计了级联多电平和单周期控制的D类功率放大器[3-4]。

本文研究并设计了全数字化主动声纳发射机，针对常规发射机存在的问题，对发射机的结构进行设计，改进了功率放大器的控制方式，简化了系统复杂度和调试难度，提高了系统的可靠性，并通过实验室测试和湖上试验验证了发射机的性能。

1 常规主动声纳发射机的结构及分析常规声纳发射机的信号发生器和功放机柜分离，通过电缆进行连接。信号发生器处于信号处理机柜中，便于与接收机进行收发同步，并与主控计算机通信。信号发生器中DSP根据主控计算机下达的工作参数，读取存储器中的波形数据，进行发射波束形成，然后进行D/A转换，形成多路模拟信号，通过电缆输送给功率放大器。除了模拟信号外，电缆中仍需传输功放控制信号及功放工作状态信号。

在舰艇嘈杂的工作环境中，信号容易受到噪声干扰；模拟信号高达几十路甚至上百路，模拟信号间、模数信号间容易形成串扰，严重影响信号质量。此外，信号处理机柜与功放机柜之间需要粗笨电缆连接，在狭窄的舱室内不容易安装调试。

信号发生器存储的数字信号经过D/A转换，生成的模拟波形与载波进行比较，形成PWM 数字信号，驱动功率放大模块。这个过程增加了系统复杂度，容易引入噪声干扰，降低了系统的性能和可靠性。

2 全数字式发射机的设计2.1 发射机总体结构本文设计的全数字式声纳发射机去除了“数