Page 94 - 《应用声学》2024年第6期

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3.2 声源级测试 电路的整体体积缩小了 24.6%，整体功率密度提高
为了对相控参量阵声呐发射系统的整体性 了27.3%，验证了本文小型化设计方法的有效性。此
能进行评价，在 45 m×6 m×5 m 的信道水池中将 外，测量该系统装舱后的整机质量为 15.4 kg，更适
TC4038 标准水听器与发射参量阵均放置于 2.5 m 于水下小平台搭载使用。
水深处，水平间距8.3 m。采集不同频率下的原频差
表 1 发射系统电路体积与功率密度对比表
频信号，按式(10)计算声源级 [15] ： Table 1 Comparison table of circuit vol-
ume and power density of transmitting
SL = 20 lg e 0 − M − G a + 20 lg L,
system
p ref = 1 µPa, (10)
设计方法 电路体积/cm 3 发射功率密度/(W·cm −3 )
其中，G a 为前置放大器增益，M 为水听器灵敏度级
(单位：dB)，e 0 为 L 距离处水听器输出电压有效值 传统方法 5016 1.1
(单位：V)。 本文方法 3780 1.4
实测参量阵原频和差频声源级曲线如图 9 所 提升率 −24.6% +27.3%
示。工作带宽内原频声源级不低于 231.5 dB，最高
可达236.7 dB；差频声源级不低于183.7 dB，最高可 4 结论
达 200.5 dB。同时，还进行了发射系统长时间工作
本文对相控参量阵声呐发射系统的小型化设
拷机，验证了发射系统工作的稳定性和可靠性。
计技术进行了研究。基于剪裁思想设计并实现了
240 结构简化的多通道D类声呐发射机。通过微型变压
SL/dB 230 器设计、电路高集成度设计以及电路系统紧凑装配
220
210 设计，使相控参量阵发射系统电路整体体积缩小了
24.6%，整体功率密度提高了 27.3%。实测相控角度
200
190 192 194 196 198 200 202 204 206 208 210
◦
f/kHz 最大误差为 0.3 ，原频声源级不低于 231.5 dB，最
(a) Ԕᮠܦູጟࠄ฾ϙ 高可达 236.7 dB。研究实现的参量阵声呐相控发射
220 技术以及系统小型化设计方法，可推广至包括超高
200 频相控阵声呐发射机在内的发射系统小型化设计
SL/dB 180 使用。

160
4 6 8 10 12 14 16 18 20
f/kHz 参 考 文 献
(b) ࣀᮠܦູጟࠄ฾ϙ
图 9 实测原频和差频声源级曲线 [1] Ma J, Li H, Zhu J, et al. Design and experiments of
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为了对相控参量阵声呐发射系统的小型化设 [3] Teague J, Allen M J, Scott T B. The potential of low-
计效果进行量化评估，对以往采用传统方法设计的 cost ROV for use in deep-sea mineral, ore prospecting and
相控参量阵发射系统电路和采用本文设计方法得 monitoring[J]. Ocean Engineering, 2018, 147: 333–339.
[4] Wu T, Tao C, Zhang J, et al. A hydrothermal inves-
到的发射系统电路的体积和功率密度进行了测量、 tigation system for the Qianlong-II autonomous under-
计算和对比，结果如表1所示。 water vehicle[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2019, 38(3):
从表 1 的结果可知，通过电路小型化设计以及 159–165.
[5] 蔡巍, 陶春辉, 王渊, 等. 自主水下机器人海底热液区应用综
系统电路的紧凑装配设计，与传统方法设计的发射
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系统相比，本文设计的小型化相控参量阵发射系统 Cai Wei, Tao Chunhui, Wang Yuan, et al. Applications of