基于相控阵原理的水声成像系统设计与实现
常规的水下探测设备多采用大基阵进行移动收发，随着海洋资源的开发，对易操作便携式水声成像系统的需求愈发迫切。相控阵成像技术能够灵活控制声束方位，实现动态聚焦偏转，具有较高的检测灵敏度和成像分辨率。将相控阵技术应用于水声成像领域，对于推动水声成像检测技术的发展具有重要的现实意义。 针对水声成像系统的应用需求，本文进行了基于相控阵原理的水声成像系统设计。首先讨论了相控阵技术的检测理论，包括相控线阵的声场分布和声束指向性，分析了通过控制相控发射和相控接收实现声束偏转和聚焦的原理，确立了具体的检测手段。 其次，在理论分析的基础上，对水声成像系统进行了总体设计。确定了采用电容式微加工超声换能器阵列作为系统探头，对系统硬件电路进行设计和调试，主要包括发射和接收采集两部分。其中发射部分包括脉冲产生模块、数模转换电路、信号放大电路，接收部分包括收发隔离电路、滤波放大电路、高速数据采集电路和数据存储模块。 然后，利用FPGA实现了系统的硬件控制和相控关键技术。在分析相控阵聚焦和偏转时间延迟的基础上，针对系统对相控延时精度的要求，采用FPGA内部锁相环实现了相控聚焦偏转发射，最小延时2.5ns。调用IPROM实现相控发射声束的自动扫查。使用PCI总线进行FPGA硬件控制端和上位机的连接，实现了命令和采集数据的高速传输。 最后通过水池测试对相控阵水声成像系统进行了验证。测试结果表明，设计的相控阵水声发射电路发射信号强，相控聚焦和偏转性能良好，相控接收电路采集信号稳定。数据传输满足功能要求，利用上位机软件显示成像检测效果清晰。证明系统整体性能良好，具有一定的工程应用发展前景。
水声成像系统;高速数据采集;声束偏转;相控聚焦;水下探测
中北大学
硕士
测试计量技术及仪器
张文栋;王红亮
2016
中文
TB565.2;TB565.4
71
2017-02-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）