一种声呐发射功率调控电路、系统及控制方法技术方案

本发明专利技术专利公开了一种声呐发射功率调控电路、系统及控制方法，包括充放电管理模块、电压采集电路、掉电保持后备电源、FPGA信号发生模块、充电开关、充电限流开关、充电限流电阻、放电开关、储能电容组和功放模块，所述充电开关，充电限流开关，储能电容组为串联关系，充电限流电阻与充电限流开关并联，放电开关与储能电容组连接，电压采集电路连接储能电容组与充放电管理模块，FPGA信号发生模块向充放电管理模块提供发射使能信号，向功放模块提供发射信号，充放电管理模块根据上位机功率调节指令，控制储能电容组所存储和释放电能的大小。本发明专利技术专利在不降低声呐距离分辨率的情况下，有效增加输出电功率和发射声功率的可调范围并提高了发射效率。高了发射效率。高了发射效率。

【技术实现步骤摘要】
一种声呐发射功率调控电路、系统及控制方法


[0001]本专利技术专利属于声呐电子系统
，更具体地，涉及一种声呐发射功率调控电路、系统及控制方法。

技术介绍

[0002]声呐是一种基于水声技术用于执行水下观察探测任务的设备，在反蛙人入侵、水下航行器监测、近海监视防护等领域发挥着重要作用。在执行水下安防等任务过程中，通常要求声呐的发射功率能够根据探测距离的不同做出相应的调整，以便在不同场景下针对不同距离的目标均能获得较好的探测效果，这就要求声呐的发射功率能够可调输出。
[0003]针对上述问题，现有技术大多采用调整发射换能器激励信号的脉冲宽度或占空比的方式来调节发射声功率，从而改变声呐的探测距离。采用调整脉冲宽度的方式虽然可以获得较大的功率调节范围，但脉宽调功，不仅影响声呐成像的帧率和距离分辨率，还增加了脉冲调制解调的复杂性；采用调节发射信号占空比的方式一方面功率可调范围较小，另一方面会导致发射机发射效率降低，使得声呐难以适应更多的场景需求。
[0004]专利技术专利内容
[0005]为解决上述现有技术存在的不足和缺陷，专利技术人经过研发设计，现提供了一种技术方案，通过采用储能电容快速充放电控制技术，实现声呐发射功率宽范围连续可调，具体的，本专利技术是这样实现的:
[0006]一种声呐发射功率调控电路，包括：充电开关、充电限流开关、充电限流电阻、放电开关、储能电容组和功放模块，其中，充电开关接入高压直流电，充电开关与充电限流开关串联，充电限流电阻并联在充电限流开关上，充电限流开关输出端与储能电容组的正极连接，构成储能电容组的充电控制回路，所述储能电容组正极侧与放电开关连接，放电开关输出端连接到地端，构成储能电容组的放电控制回路，充电开关、充电限流开关和放电开关各自均能接收使能信号以进行开关控制，储能电容组能向功放模块放电输出，功放模块对声呐发射信号进行功率放大。
[0007]进一步的，充电开关、充电限流开关的拓扑结构相同，均包括两只MOS管、升压转换模块、阻容器件组成，其中一只MOS管接在升压转换模块的输入端正极，升压转换模块输出端正极连接另一只MOS管，当使能信号为低电平时开关电路闭合，反之则开关电路关断；所述放电开关包括放电限流电阻，三极管、二极管、NMOS管、两只电阻，其中，所述放电限流电阻采用多只功率电阻串联构成，放电限流电阻的一端连接储能电容组，另一端连接NMOS管的漏极，NMOS管的源极与高压直流地端连接，栅极与三极管的集电极连接；三极管的集电极通过第一电阻连接到高压端，发射极与NMOS管的源极连接，基极通过第二电阻连接到充放电管理模块输出的开关使能信号上；当使能信号为高电平时放电开关关断；反之，则放电开关闭合。电路还接入有掉电保持后备电源，掉电保持后备电源包括三只二极管，一只电阻、一个自恢复保险以及一个超级电容组成，其中，第一二极管位于主回路，其正极接直流电源输入，其负极接自恢复保险；第二二极管位于旁路中，其正极与第一二极管正极相连，负极
与电阻相连，电阻与超级电容的正极和第三二极管的正极相连，第三二极管的负极与第一二极管的负极相连，超级电容的负极与GND相连。
[0008]本专利技术的另一方面，公开了一种声呐发射功率调控系统，包括上述的声呐发射功率调控电路，并且还包括：充放电管理模块、电压采集电路、FPGA信号发生模块，其中：电压采集电路的输入端与储能电容组正极侧连接，输出端与充放电管理模块的ADC端口连接；充放电管理模块与电压采集电路相连，能实时读取采集到的电压值信号，并根据上位机发送的发射功率调节指令进行负反馈逻辑判断，通过向充电开关、充电限流开关和放电开关发送开关使能信号来控制储能电容组的充放电过程；FPGA信号发生模块与充放电管理模块和功放模块相连，能向充放电管理模块发送发射使能信号，同时向功放模块输出声呐发射信号，功放模块对发射信号进行功率放大，由储能电容组进行快速充放电来满足功放模块的瞬时高功率需求，以驱动发射换能器负载。
[0009]电压采集电路包括分压电路、前级运算放大器、精密线性光耦和电压跟随器，所述分压电路采用两个串联电阻将被采集的高电压分压输出为ADC输入电压范围，分压后输入前级运算放大器的同相输入端，前级运算放大器的输出端连接线性光耦的输入光电二极管，线性光耦的反馈光电二极管连接前级运放的反相输入端，输出光电二极管连接电压跟随器，电压跟随器的输出连接充放电管理模块中的ADC接口。
[0010]充放电管理模块根据接收到上位机发送的发射功率调节指令，设定储能电容组充电满电压阈值和放电电压降阈值，充放电管理模块实时读取采集到的电压值信号，若处于充电状态，则与充电满电压阈值作比较，通过控制充电开关和充电限流开关进行充电蓄能调控，若处于发射状态，则与放电电压降阈值作比较，通过控制放电开关的通断来控制放电释能过程，以满足不同的发射功率输出需求。
[0011]储能电容组能在声呐发射机空闲时进行充电蓄能，当发射机处于发射状态时进行放电释能；所述充放电管理模块通过电压负反馈控制可将储能电容组充电后的端电压控制在耐压值上下限区间内的任何值，以增加功率调节范围，储能电容组向功放模块放电输出时，保持允许的电压降稳定在电压降阈值范围内，通过调控功放模块向发射机提供连续可调的发射电功率，可调节声呐发射换能器的发射声源级能实现对声呐探测距离的调节。
[0012]本专利技术还公开了一种声呐发射功率调控控制方法，包括以下步骤：
[0013]步骤1、开启高压直流输入，根据输出功率调节指令，设定储能电容充电满的电压阈值U1，使能充电开关和充电限流开关闭合，储能电容组进入快充模式，同时开启充电电压和充电时间监测；
[0014]步骤2、监测实际充电电压值，并与充电满电压阈值U1进行比对，若接近或达到电压阈值U1，则断开充电限流开关，接入充电限流电阻进入涓流慢充模式，直至充电电压稳定在阈值，若小于电压阈值U1，则根据充电时间判断充电状态是否正常，并将充电状态信息反馈给上位机；
[0015]步骤3、若监测到充电状态正常，表示储能电容组充电已完成，则断开充电回路：关断充电开关和充电限流开关；
[0016]若监测到充电状态异常，则中断查询系统是否掉电，若掉电，系统自动切换至掉电保持后备电源进行短暂供电，进行掉电保护，并向上位机反馈掉电；
[0017]步骤4、FPGA信号发生模块发送发射使能信号时，充放电管理模块控制放电输出回
路闭合：充电开关、充电限流开关断开，放电开关闭合，并实时监测放电电压；
[0018]步骤5、监测放电电压判断放电是否完成，若放电压降超过阈值，则放电完成，进入新一轮的充放电过程。
[0019]充电电压根据发射功率控制指令进行调节，使其具备瞬时发射功率可调输出能力，储能电容容值计算公式为
[0020][0021]式中，C为储能电容组的总容值，P为发射机发射功率，τ为发射信号最大脉宽，U1为发射前储能电容端电压，U2为发射前储能电容端电压减去功放饱和压降后的电压值，U1和U2受充放电管理模块的控制。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种声呐发射功率调控电路，其特征在于包括：充电开关、充电限流开关、充电限流电阻、放电开关、储能电容组和功放模块，其中，充电开关接入高压直流电，充电开关与充电限流开关串联，充电限流电阻并联在充电限流开关上，充电限流开关输出端与储能电容组的正极连接，构成储能电容组的充电控制回路，所述储能电容组正极侧与放电开关连接，放电开关输出端连接到地端，构成储能电容组的放电控制回路，充电开关、充电限流开关和放电开关各自均能接收使能信号以进行开关控制，储能电容组能向功放模块放电输出，功放模块对声呐发射信号进行功率放大。2.根据权利要求1所述的声呐发射功率调控电路，其特征在于，所述充电开关、充电限流开关的拓扑结构相同，均包括两只MOS管、升压转换模块、阻容器件组成，其中一只MOS管接在升压转换模块的输入端正极，升压转换模块输出端正极连接另一只MOS管，当使能信号为低电平时开关电路闭合，反之则开关电路关断；所述放电开关包括放电限流电阻，三极管、二极管、NMOS管、两只电阻，其中，所述放电限流电阻采用多只功率电阻串联构成，放电限流电阻的一端连接储能电容组，另一端连接NMOS管的漏极，NMOS管的源极与高压直流地端连接，栅极与三极管的集电极连接；三极管的集电极通过第一电阻连接到高压端，发射极与NMOS管的源极连接，基极通过第二电阻连接到充放电管理模块输出的开关使能信号上；当使能信号为高电平时放电开关关断；反之，则放电开关闭合。3.根据权利要求1或2所述的声呐发射功率调控电路，其特征在于，所述电路还接入有掉电保持后备电源，掉电保持后备电源包括三只二极管，一只电阻、一个自恢复保险以及一个超级电容组成，其中，第一二极管位于主回路，其正极接直流电源输入，其负极接自恢复保险；第二二极管位于旁路中，其正极与第一二极管正极相连，负极与电阻相连，电阻与超级电容的正极和第三二极管的正极相连，第三二极管的负极与第一二极管的负极相连，超级电容的负极与GND相连。4.一种声呐发射功率调控系统，其特征在于包括有权利要求1
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3任意一项的声呐发射功率调控电路，并且还包括：充放电管理模块、电压采集电路、FPGA信号发生模块，其中：电压采集电路的输入端与储能电容组正极侧连接，输出端与充放电管理模块的ADC端口连接；充放电管理模块与电压采集电路相连，能实时读取采集到的电压值信号，并根据上位机发送的发射功率调节指令进行负反馈逻辑判断，通过向充电开关、充电限流开关和放电开关发送开关使能信号来控制储能电容组的充放电过程；FPGA信号发生模块与充放电管理模块和功放模块相连，能向充放电管理模块发送发射使能信号，同时向功放模块输出声呐发射信号，功放模块对发射信号进行功率放大，由储能电容组进行快速充放电来满足功放模块的瞬时高功率需求，以驱动发射换能器负载。5.根据权利要求4所述的声呐发射功率调控系统，其特征在于，所述电压采集电路包括分压电路、前级运算放大器、精密线性光耦和电压跟随器，所述分压电路采用两个串联电阻将被采集的高电压分压输出为ADC输入电压范围，分压后输入前级运算放大器的同相输入端，前级运算放大器的输出端连接线性光耦的输入光电二极管，线性光耦的反馈光电二极管连接前级运放的反相输入端，输出光电...

【专利技术属性】
技术研发人员：非云祥，汪天伟，韦献宝，杨帆，彭瀚，杨明东，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司七五零试验场，
类型：发明
国别省市：