【摘 要】
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圆阵是声纳系统中广泛应用的一种基阵形式,其在不同指向的波束比较均匀,便于在电路上实现延时补偿,只有在加入电补偿延时的情况下才会形成一定的指向性。课题利用了相控阵技
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圆阵是声纳系统中广泛应用的一种基阵形式,其在不同指向的波束比较均匀,便于在电路上实现延时补偿,只有在加入电补偿延时的情况下才会形成一定的指向性。课题利用了相控阵技术,采用FPGA专用计算机实时控制基元形成波束的时间延迟,产生不同相位差的震荡波,通过波的干涉原理,在扫描方向上,形成指向性较强的波阵面。利用MATLAB仿真形成波束指向性曲线,分析副瓣高度和主瓣宽度,并计算发射基元延迟时间,要求误差小于1微秒,奠定了课题的理论基础。控制端码轮在[0,359]区间内取值,通过FPGA选择18路基元中的连续8路基元参加波束形成,并对基元点发射的波束进行时间延迟,产生A、B、C、D四种模式,实现最小方向角为5°的波束扫描。FPGA采用原理图和VHDL相结合的设计方式,既节省了FPGA的逻辑单元数目,提高了利用率,又大大缩短了开发周期。在方位调整时,VxWorks实时操作系统将方向角输出在显示屏上,起到实时监测的作用。仿真结果表明基于FPGA的18路基元的均匀圆阵设计是十分有效的,在输入不同角度值时,脉冲信号输出平稳,误差较小,具有延时精度高,相位调整快,抗干扰能力强等特点。根据课题的要求,建立出圆阵的数学模型,使用MATLAB工具绘制出了指向性曲线,并直观的模拟出各个基元的延迟时间,精确到1μs。形成波束指向性突出,主瓣宽度明显,延时产生的波阵面能量较强,有利于空间扫描。分析延时误差,提出了两种改进方案,第一种是提高延迟精度,将FPGA的延迟时间精确到0.5μs;第二种是抛弃误差较大的基元点,在实际应用中可以根据情况适当选择。
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