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引信水中超声波探测技术研究

赵国库  
【摘要】:以火箭深弹新型多作用体制引信为应用背景,对引信水中超声波探测技术进行了研究,目的是在不改变现有深弹结构的情况下,通过增加超声波探测与控制模块来实现近炸引信功能。 传统主动声纳设计理论主要考虑中远程探测,不能完全适用于引信水中超声波探测系统设计。本文从近程探测的角度出发,参照传统主动声纳设计理论的分析方法,对水中超声波探测相关理论进行深入研究,分析了超声波信道、发射信号形式和回波检测模型,得到了水中超声波探测的体积混响表达式,设计了引信水中超声波探测系统的CW发射信号。 以多管火箭深弹齐射的情况为例,建立了深弹水中分布模型,仿真结果表明,引信水中超声波探测系统探测距离为15m情况下,产生邻弹干扰的概率超过13%。分析了产生邻弹干扰的原因:(1)误认邻弹为目标;(2)将邻弹的发射信号误认为回波信号;(3)将邻弹的回波信号误认为回波信号。完善了多普勒频偏法,解决了前两种邻弹干扰问题;提出了双门窗口控制法,解决了第三种邻弹干扰问题。 进行了引信水中超声波探测系统的总体设计和参数选择,完成了换能器基阵和电路的设计与实现。从提高换能器抗过载能力和长储性的角度出发,采用P-51压电陶瓷材料和环氧绝缘板制作了压电换能器,优化了锥台形6阵元换能器基阵的结构,设计了新型收发转换电路。 由于实验室条件有限,自制了压电换能器导纳测量装置,配合实验室已有的数字信号发生器和计算机,完成压电换能器的导纳特性测量。 为了满足抗邻弹干扰的要求,设计了混频器、滤波器和检波器。因为在宽度为1ms的多普勒频偏信号中只包含有2~6个脉冲,传统二极管包络检波器的输出信号惰性失真大,所以,利用复杂可编程逻辑器件设计了计数检波器,通过在1ms时间内统计输入信号的脉冲个数,来区分干扰脉冲和回波信号,起到检波和滤波的双重作用,提高了电路的抗干扰能力。 最后,对引信水中超声波探测系统进行了静、动态原理试验和抗邻弹干扰模拟试验,结果表明,引信水中超声波探测系统采用多普勒频偏和双门窗口控制技术相结合的方法,能够有效地抗邻弹干扰,实现测距与控制功能。


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