一種五波束探魚儀換能器相控裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的是一種五波束探魚儀換能器相控裝置。由信號產(chǎn)生系統(tǒng)、信號發(fā)射系統(tǒng)、收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)、相控陣換能器組成，信號產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生相控包絡(luò)信號S1、S2，信號發(fā)生系統(tǒng)FPGA的時鐘頻率為f1，通過一個K分頻器產(chǎn)生與信號S1頻率相同的連續(xù)信號，通過一個脈沖生成器產(chǎn)生信號S1、頻率為f2，且f2＝f1/K，將信號S1經(jīng)過一個N移位寄存器即可產(chǎn)生信號S2，移位數(shù)N＝f1/4f2，S2＝S1*exp(1j*π/2)，信號發(fā)射系統(tǒng)對S1，S2進(jìn)行功率放大、匹配濾波處理，產(chǎn)生的信號S3、S4，S3收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)接到相控陣換能器的1、2、5、6路正極，S4通過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)接到相控陣換能器的3、4、7、8路正極，S3、S4共用一個地。本發(fā)明利用相同的換能器實現(xiàn)5波束發(fā)射，使這種換能器很好的應(yīng)用在探魚儀上，同時使五波束探魚儀的換能器尺寸大大減小。
【專利說明】一種五波束探魚儀換能器相控裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種五波束探魚儀換能器相控裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]《哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報》2002年第21卷第4期發(fā)表的“相控陣多普勒測速技術(shù)研究”中，介紹了 4波束相控方法。該相控方法僅可實現(xiàn)與相控?fù)Q陣能器垂線成30°夾角的斜正交結(jié)構(gòu)的4個波束的發(fā)射。而對于探魚儀而言，換能器輻射面中心波束恰恰是非常重要的，利用中心波束信息可以得到換能器正下方的魚群信息，所以傳統(tǒng)的相控方案不適合應(yīng)用在探魚儀換能器上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于解決以往換能器只能發(fā)射四波束的相控方法，而提供一種五波束探魚儀換能器相控裝置。
[0004]本發(fā)明的目 的是這樣實現(xiàn)的:
[0005]五波束探魚儀換能器相控裝置由信號產(chǎn)生系統(tǒng)10、信號發(fā)射系統(tǒng)20、收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)30和相控陣換能器40組成，相控陣換能器是一個呈圓形分布的平面陣，相控陣換能器內(nèi)部基元進(jìn)行物理連接后，分為橫縱兩維線陣，呈十字分布，每一維4組換能器陣，由信號產(chǎn)生系統(tǒng)10產(chǎn)生的相控包絡(luò)信號分別為SpS2，一片F(xiàn)PGA作為信號產(chǎn)生系統(tǒng)10，F(xiàn)PGA時鐘頻率為，通過一個K分頻器產(chǎn)生與信號S1頻率相同的連續(xù)信號，將產(chǎn)生的所述連續(xù)信號通過一個脈沖生成器產(chǎn)生信號S1，信號S1頻率為f2，且f2 = f/K，將產(chǎn)生的信號S1經(jīng)過一個N移位寄存器產(chǎn)生信號S2,移位數(shù)N = ?,/4?2,則:S2 = Sjexp (I j* Ji /2)，
[0006]信號發(fā)射系統(tǒng)20對SpS2進(jìn)行功率放大、匹配濾波處理,產(chǎn)生的信號分別為S3、S4,S3經(jīng)收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)30接到相控陣換能器40的1、2、5、6路正極，S4通過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)30接到相控陣換能器40的3、4、7、8路正極，S3、S4共用一個地。即可產(chǎn)生與相控陣換能器40輻射面中心波束、與相控陣換能器40垂線成α夾角的斜正交結(jié)構(gòu)的4個波束，共5相控發(fā)射波束，α由陣元間距d、信號中心頻率&、聲速c決定，其中d，f0根據(jù)探魚聲納系統(tǒng)指標(biāo)選
取，c 取經(jīng)驗值 1500m/s，則、*11 a ±^~1 '




J O
[0007]本發(fā)明的優(yōu)點:通過一種五波束探魚儀換能器相控裝置，對傳統(tǒng)相控陣換能器進(jìn)行相控，解決了這種換能器只發(fā)射4個波束的問題，利用相同的換能器實現(xiàn)5波束發(fā)射，使這種換能器很好的應(yīng)用在探魚儀上，同時使五波束探魚儀的換能器尺寸大大減小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是五波束探魚儀相控陣布陣示意圖；
[0009]圖2是五波束探魚儀波束圖；
[0010]圖3是五波束探魚儀換能器相控原理框圖[0011]圖4是五波束探魚儀換能器相控裝置框圖；
[0012]圖5是五波束探魚儀換能器系統(tǒng)信號發(fā)射系統(tǒng)框圖；
[0013]圖6是五波束探魚儀換能器系統(tǒng)發(fā)射信號產(chǎn)生圖
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實施對本發(fā)明作進(jìn)一步介紹:
[0015]圖1是五波束探魚儀相控陣布陣示意圖，如圖所示，各行黑色實心圓所代表的基元連接在一起，等效為縱向線陣基元。同理，各列黑色空心圓所代表的基元連接在一起，等效為橫向線陣基元。通過這種連接，換能器等效為呈十字分布的線陣，對縱向線陣基元與橫向線陣基元進(jìn)行如圖3所示的相移控制，最終實現(xiàn)相控陣五波束的發(fā)射。在圖2中，5個波束中的4個波束與換能器輻射面發(fā)現(xiàn)方向的夾角為α，構(gòu)成斜正交結(jié)構(gòu)，第5個波束指向換能器輻射面正下方。
[0016]圖4為五波束探魚儀換能器相控裝置框圖，由信號產(chǎn)生系統(tǒng)10、信號發(fā)射系統(tǒng)20、收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)30、相控陣換能器40組成；收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)30同時與相控陣換能器40和信號發(fā)射系統(tǒng)20的末端相聯(lián)；其中信號產(chǎn)生系統(tǒng)10產(chǎn)生相控信號，信號發(fā)射系統(tǒng)20對相控信號進(jìn)行功率放大、阻抗匹配，相控陣換能器為收發(fā)合置換能器，所以需要收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)30進(jìn)行隔離。
[0017]圖5是五波束探魚儀換能器系統(tǒng)信號發(fā)射系統(tǒng)框圖，信號發(fā)射系統(tǒng)20由功率放大單元21、阻抗匹配單元22組成。
[0018]通過對這8路換能器組發(fā)射的相位控制，實現(xiàn)換能器輻射面中心波束、與相控陣換能器輻射面垂線成α夾角的斜正交結(jié)構(gòu)的4個波束，共5個波束的相控發(fā)射波束。
[0019]一種五波束探魚儀換能器相控裝置，相控陣換能器是一個呈圓形分布的平面陣，相控陣換能器內(nèi)部基元進(jìn)行物理連接后，分為橫縱兩維線陣，呈十字分布，每一維4組換能器陣。圖6是五波束探魚儀換能器系統(tǒng)發(fā)射信號產(chǎn)生圖，由信號產(chǎn)生系統(tǒng)10產(chǎn)生相控信號，分別定義為SpS2，一片F(xiàn)PGA作為信號發(fā)生系統(tǒng)10，F(xiàn)PGA時鐘頻率為，通過一個K分頻器產(chǎn)生與信號S1頻率相同的連續(xù)信號，將產(chǎn)生的連續(xù)信號通過一個脈沖生成器產(chǎn)生信號S1,信號S1頻率為f2，且f2 = A/K，將產(chǎn)生的信號S1經(jīng)過一個N移位寄存器即可產(chǎn)生信號S2,移位數(shù)N = fV4f2，則:
[0020]S2 = Si*exp (I j* π/2)(I)
[0021]信號發(fā)射系統(tǒng)20對S1, S2進(jìn)行功率放大、匹配濾波處理，產(chǎn)生的信號分別定義為S3、S4, S3收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)30接到相控陣換能器40的1、2、5、6路正極，S4通過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)30接到相控陣換能器40的3、4、7、8路正極，S3、S4共用一個地。即可產(chǎn)生與相控陣換能器40輻射面中心波束、與相控陣換能器40垂線成α夾角的斜正交結(jié)構(gòu)的4個波束，共5相控發(fā)射波束，α由陣元間距d、信號中心頻率&、聲速c決定，其中d，f0根據(jù)探魚聲納系統(tǒng)指
標(biāo)選取，c取經(jīng)驗值1500m/s，則sina = 。
[0022]通過上述相控方法，改變了傳統(tǒng)相控陣換能器只能發(fā)射4個波束的問題，利用相同的換能器實現(xiàn)了 5波束發(fā)射，使這種換能器很好的應(yīng)用在探魚儀上。
【權(quán)利要求】
1.一種五波束探魚儀換能器相控裝置，由信號產(chǎn)生系統(tǒng)(10)、信號發(fā)射系統(tǒng)(20)、收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)(30)和相控陣換能器(40)組成，其特征是:相控陣換能器(40)是一個呈圓形分布的平面陣，相控陣換能器內(nèi)部基元進(jìn)行物理連接后，分為橫縱兩維線陣，呈十字分布，每一維4組換能器陣，由信號產(chǎn)生系統(tǒng)(10)產(chǎn)生的相控包絡(luò)信號分別為SpS2，以一片F(xiàn)PGA作為信號發(fā)生系統(tǒng)(10)，F(xiàn)PGA時鐘頻率為，通過一個K分頻器產(chǎn)生與信號S1頻率相同的連續(xù)信號，將產(chǎn)生的所述連續(xù)信號通過一個脈沖生成器產(chǎn)生信號S1，信號S1頻率為f2，且f2=f/K,將產(chǎn)生的信號S1經(jīng)過一個N移位寄存器產(chǎn)生信號S2,移位數(shù)N = ?,/4?2,則S2 =Sdexpaj*^!/^)，信號發(fā)射系統(tǒng)(20)對31、32進(jìn)行功率放大、匹配濾波處理，產(chǎn)生的信號分別為S3、S4，S3由收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)(30)接到相控陣換能器(40)的1、2、5、6路正極，S4通過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)(30)接到相控陣換能器(40)的3、4、7、8路正極，S3、S4共用一個地。
【文檔編號】G01S15/96GK103969653SQ201410195865
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月9日
【發(fā)明者】魏玉闊, 周天, 李海森, 杜偉東, 陳寶偉, 朱建軍, 徐超 申請人:哈爾濱工程大學(xué)