[实用新型]一种水下声呐成像前端装置收发通道系统

说明书

本实用新型公开了一种水下声呐成像前端装置收发通道系统，该系统包括单片机、超声换能器、发射电路和接收电路。所述发射电路包括H桥功率放大电路、低通滤波电路和升压变压器。所述接收电路包括接收预处理电路、带通滤波电路、放大电路和电压偏置电路。本实用新型基于单片机的接口信号类型与超声换能器的接口信号类型的差异，处理单片机的数字输出信号与超声换能器的模拟信号的变换，利用H桥功率放大电路与无源低通滤波电路实现了脉冲宽度调制信号到正弦脉冲信号的变换。同时，接收电路实现了信号的去噪、滤波与放大。本系统电路结构简单，工作稳定，可靠性高，满足了水下声呐成像系统对于超声收发单通道装置的设计需求。

技术领域

本实用新型属于水下探测领域，尤其涉及一种水下声呐成像前端装置收发通道系统。

背景技术

随着我国综合国力的不断提升，国家愈加重视海洋主权维护、海洋资源的利用以及海洋环境的保护。十八大以来，更是明确提出了建设海洋强国的重大战略，同时，我国是富有诸多江、河、内湖的国家，对于江河湖海的治理、开发也举足轻重，而这一切都离不开对水下成像技术的研究。

水下成像目前主要有光学成像和超声成像两种。水下光学成像的优点是成像速度快、分辨能力高，但是，光在水中传播时衰减远远大于声波，加之水质、散射、吸收等复杂因素的影响极大地限制了光学成像在水下探测领域的应用。相应地，由于声波在传播过程中衰减小、不易受水质等因素的影响并且随着大阵列、多波束等相关技术研究和装备研发的巨大进步，因此，水下超声成像成为了探测海洋的重要手段。水下声呐装备作为水下探测的实现环节，对其进行设计与研制十分必要与关键，其中，水下超声的发送与接收电路设计极大地影响了成像算法的选择和最终的成像所能达到的效果。因此，设计合理的发射与接收电路就显得尤为重要。

目前，水下声呐成像系统的前端装置包含中央控制系统、通信系统、数据存储系统和收发系统等，而成像所用的收发系统往往是由许多超声换能器组成的阵列，每一个超声换能器的超声发射与接收称为一个通道，水下超声发射与接收通道的设计大多采用晶振电路去产生本地震荡信号，再经过分频，功率放大等一系列的电路来实现达到超声换能器所需要的幅度与功率的电信号。这样的电路存在着结构复杂，修改载波频率困难和系统响应时间长等不足。

实用新型内容

实用新型目的：针对以上问题，本实用新型提出一种水下声呐成像前端装置收发通道系统。基于前端装置的单片机输入与输出的信号类型与超声换能器信号类型的差异，处理单片机的数字输出信号与超声换能器的模拟信号的变换，设计了将单片机输出的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号变换到正弦脉冲信号的变换电路，提供了功率和电压输出，满足了超声换能器对于电压和频率的要求。同时，设计了超声接收电路，实现了接收信号预处理，滤波、放大和抬高电压偏置的功能，满足了单片机模数转换ADC接口的电压输入。

技术方案：为实现本实用新型的目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种水下声呐成像前端装置收发通道系统，包括单片机、超声换能器、发射电路和接收电路。所述发射电路包括H桥功率放大电路、低通滤波电路和升压变压器。所述接收电路包括接收预处理电路、带通滤波电路、放大电路和电压偏置电路。所述低通滤波电路是无源低通滤波电路，所述接收预处理电路是前置预放大电路。

本实用新型的功能结构如图1所示，单片机的两路PWM信号输入到H桥功率放大电路的输入端，H桥功率放大电路的输出端接无源低通滤波电路的输入端，无源低通滤波电路的输出端接升压变压器的一次侧，在升压变压器的二次侧获得变压后的正弦脉冲信号，实现了正弦脉冲信号输出到超声换能器。超声换能器依据该正弦脉冲信号发送超声波脉冲。发射的超声脉冲经空间反射后产生超声回波信号，该超声回波信号由超声换能器接收并转化为电信号，该电信号通过接收预处理电路以提高信噪比，然后接收预处理电路的输出信号接入到带通滤波电路的输入端，经带通滤波电路去除噪声，保留所需要的频谱分量，带通滤波电路的输出信号接入到放大电路的输入端，信号经两级放大，最后通过电压偏置电路产生电压在0V～3.3V变化的模拟信号。