CN103969653B - 一种五波束探鱼仪换能器相控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种五波束探鱼仪换能器相控装置。由信号产生系统、信号发射系统、收发转换开关、相控阵换能器组成，信号产生系统产生相控包络信号S₁、S₂，信号发生系统FPGA的时钟频率为f₁，通过一个K分频器产生与信号S₁频率相同的连续信号，通过一个脉冲生成器产生信号S₁、频率为f₂，且f₂＝f₁/K，将信号S₁经过一个N移位寄存器即可产生信号S₂，移位数N＝f₁/4f₂，S₂＝S₁*exp(1j*π/2)，信号发射系统对S₁，S₂进行功率放大、匹配滤波处理，产生的信号S₃、S₄，S₃收发转换开关接到相控阵换能器的1、2、5、6路正极，S₄通过收发转换开关接到相控阵换能器的3、4、7、8路正极，S₃、S₄共用一个地。本发明利用相同的换能器实现5波束发射，使这种换能器很好的应用在探鱼仪上，同时使五波束探鱼仪的换能器尺寸大大减小。

Description

一种五波束探鱼仪换能器相控装置

技术领域

本发明涉及的是一种五波束探鱼仪换能器相控装置。

背景技术

《哈尔滨工程大学学报》2002年第21卷第4期发表的“相控阵多普勒测速技术研究”中，介绍了4波束相控方法。该相控方法仅可实现与相控换阵能器垂线成30°夹角的斜正交结构的4个波束的发射。而对于探鱼仪而言，换能器辐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换能器正下方的鱼群信息，所以传统的相控方案不适合应用在探鱼仪换能器上。

发明内容

本发明的目的在于解决以往换能器只能发射四波束的相控方法，而提供一种五波束探鱼仪换能器相控装置。

本发明的目的是这样实现的：

五波束探鱼仪换能器相控装置由信号产生系统10、信号发射系统20、收发转换开关30和相控阵换能器40组成，相控阵换能器是一个呈圆形分布的平面阵，相控阵换能器内部基元进行物理连接后，分为横纵两维线阵，呈十字分布，每一维4组换能器阵，由信号产生系统10产生的相控包络信号分别为S₁、S₂，一片FPGA作为信号产生系统10，FPGA时钟频率为f₁，通过一个K分频器产生与信号S₁频率相同的连续信号，将产生的所述连续信号通过一个脉冲生成器产生信号S₁，信号S₁频率为f₂，且f₂＝f₁/K，将产生的信号S₁经过一个N移位寄存器产生信号S₂，移位数N＝f₁/4f₂，则：S₂＝S₁*exp(1j*π/2)，

信号发射系统20对S₁、S₂进行功率放大、匹配滤波处理，产生的信号分别为S₃、S₄，S₃经收发转换开关30接到相控阵换能器40的1、2、5、6路正极，S₄通过收发转换开关30接到相控阵换能器40的3、4、7、8路正极，S₃、S₄共用一个地。即可产生与相控阵换能器40辐射面中心波束、与相控阵换能器40垂线成α夹角的斜正交结构的4个波束，共5相控发射波束，α由阵元间距d、信号中心频率f₀、声速c决定，其中d，f₀根据探鱼声纳系统指标选取，c取经验值1500m/s，则 $\sin \mathrm{\α}=\±\frac{c}{4f_{0}d}.$

本发明的优点：通过一种五波束探鱼仪换能器相控装置，对传统相控阵换能器进行相控，解决了这种换能器只发射4个波束的问题，利用相同的换能器实现5波束发射，使这种换能器很好的应用在探鱼仪上，同时使五波束探鱼仪的换能器尺寸大大减小。

附图说明

图1是五波束探鱼仪相控阵布阵示意图；

图2是五波束探鱼仪波束图；

图3是五波束探鱼仪换能器相控原理框图

图4是五波束探鱼仪换能器相控装置框图；

图5是五波束探鱼仪换能器系统信号发射系统框图；

图6是五波束探鱼仪换能器系统发射信号产生图

具体实施方式

下面结合附图和实施对本发明作进一步介绍：

图1是五波束探鱼仪相控阵布阵示意图，如图所示，各行黑色实心圆所代表的基元连接在一起，等效为纵向线阵基元。同理，各列黑色空心圆所代表的基元连接在一起，等效为横向线阵基元。通过这种连接，换能器等效为呈十字分布的线阵，对纵向线阵基元与横向线阵基元进行如图3所示的相移控制，最终实现相控阵五波束的发射。在图2中，5个波束中的4个波束与换能器辐射面发现方向的夹角为α，构成斜正交结构，第5个波束指向换能器辐射面正下方。

图4为五波束探鱼仪换能器相控装置框图，由信号产生系统10、信号发射系统20、收发转换开关30、相控阵换能器40组成；收发转换开关30同时与相控阵换能器40和信号发射系统20的末端相联；其中信号产生系统10产生相控信号，信号发射系统20对相控信号进行功率放大、阻抗匹配，相控阵换能器为收发合置换能器，所以需要收发转换开关30进行隔离。

图5是五波束探鱼仪换能器系统信号发射系统框图，信号发射系统20由功率放大单元21、阻抗匹配单元22组成。

通过对这8路换能器组发射的相位控制，实现换能器辐射面中心波束、与相控阵换能器辐射面垂线成α夹角的斜正交结构的4个波束，共5个波束的相控发射波束。

一种五波束探鱼仪换能器相控装置，相控阵换能器是一个呈圆形分布的平面阵，相控阵换能器内部基元进行物理连接后，分为横纵两维线阵，呈十字分布，每一维4组换能器阵。图6是五波束探鱼仪换能器系统发射信号产生图，由信号产生系统10产生相控信号，分别定义为S₁、S₂，一片FPGA作为信号发生系统10，FPGA时钟频率为f₁，通过一个K分频器产生与信号S₁频率相同的连续信号，将产生的连续信号通过一个脉冲生成器产生信号S₁，信号S₁频率为f₂，且f₂＝f₁/K，将产生的信号S₁经过一个N移位寄存器即可产生信号S₂，移位数N＝f₁/4f₂，则：

S₂＝S₁*exp(1j*π/2)(1)

信号发射系统20对S₁，S₂进行功率放大、匹配滤波处理，产生的信号分别定义为S₃、S₄，S₃收发转换开关30接到相控阵换能器40的1、2、5、6路正极，S₄通过收发转换开关30接到相控阵换能器40的3、4、7、8路正极，S₃、S₄共用一个地。即可产生与相控阵换能器40辐射面中心波束、与相控阵换能器40垂线成α夹角的斜正交结构的4个波束，共5相控发射波束,α由阵元间距d、信号中心频率f₀、声速c决定，其中d，f₀根据探鱼声纳系统指标选取，c取经验值1500m/s，则 $\sin \mathrm{\α}=\±\frac{c}{4f_{0}d}.$

通过上述相控方法，改变了传统相控阵换能器只能发射4个波束的问题，利用相同的换能器实现了5波束发射，使这种换能器很好的应用在探鱼仪上。

Claims (1)

1.一种五波束探鱼仪换能器相控装置，由信号产生系统(10)、信号发射系统(20)、收发转换开关(30)和相控阵换能器(40)组成，其特征是：相控阵换能器(40)是一个呈圆形分布的平面阵，相控阵换能器内部基元进行物理连接后，分为横纵两维线阵，呈十字分布，每一维4组换能器阵，由信号产生系统(10)产生的相控包络信号分别为S₁、S₂，以一片FPGA作为信号发生系统(10)，FPGA时钟频率为f₁，通过一个K分频器产生与信号S₁频率相同的连续信号，将产生的所述连续信号通过一个脉冲生成器产生信号S₁，信号S₁频率为f₂，且f₂＝f₁/K，将产生的信号S₁经过一个N移位寄存器产生信号S₂，移位数N＝f₁/4f₂，则S₂＝S₁*exp(1j*π/2)，信号发射系统(20)对S₁、S₂进行功率放大、匹配滤波处理，产生的信号分别为S₃、S₄，S₃由收发转换开关(30)接到相控阵换能器(40)的1、2、5、6路正极，S₄通过收发转换开关(30)接到相控阵换能器(40)的3、4、7、8路正极，S₃、S₄共用一个地。