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
               Fig. 9 Measured original frequency and difference    a portable seabed integrated detection sonar[J]. Sensors,
                                                                   2021, 21(8): 2633.
               frequency sound source level curve
                                                                 [2] Ghafoor H, Noh Y. An overview of next-generation under-
             3.3 系统体积与功率密度分析                                       water target detection and tracking: an integrated under-
                                                                   water architecture[J]. IEEE Access, 2019, 7: 98841–98853.
                 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
                                                                   述 [J]. 机器人, 2023, 45(4): 483–495.
             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
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