自导系统右放大装置分析与替代化研究＊

许庆芬 杜 军

（1.海军七○二厂 上海 200434）（2.海装军械保障部 北京 100081）

1 引言

接收装置如何更大程度的滤除混响与噪声的干扰，提高目标检测能力，直接影响到装备自导系统性能的好坏，是体现该型装备性能的重要指标之一［1］。该放大装置组件由左－上放大装置、右－下放大装置、保护装置、频率形成器等四个功能与结构相联系的装置构成，右放大装置则是右－下放大装置的一部分。基阵在接收时用于进行目标回波的声电能量转换，并按一定规律形成接收方向特性，形成的上、下、左、右四个波束进入放大装置，左－上、右－下放大装置分别对应接收这四路信号。右放大装置负责接收右路来的信号，其主要作用是选频放大与抑制混响干扰，由于上、下、左、右四个放大装置在结构与原理上完全一致，本文对右放大装置电路进行具体分析与替代化设计研究，即可完全获得四个放大装置的工作特性，同时为该型自导系统故障诊断及替代化设计与研究进一步奠定基础。

2 右放大装置设计原理

右放大装置的主要作用是降低混响干扰，采用的主要技术为ODN抗混响原理［2］。系统采用固定中心频率的窄带抗混响陷波器来抑制混响干扰，以利于检测目标，提高自导的检测和抗干扰性能。ODN调整，实际上是一个闭环的自动调节过程。它由发射机、基阵、接收机、频率自动调整控制电路等共同完成。其系统原理框图如图1所示，当发射机发射一个声脉冲之后，接收机首先对混响进行采样，通过频率自动调控电路频率鉴别后，根据混响相对陷波器中心频率的偏差情况，给出频率指示信号给发射机，使发射机对所发频率进行必要的修正，在下一个发射周期中改变发射载频，这样反复一定次数的采样、鉴频、频率修正，就能保证混响频率基本上对准陷波器的中心频率。

3 右放大装置分析

3.1 右放大装置组成与工作原理

右放大装置的方框图如图2所示。

图1 ODN调整闭环

图2 右放大装置（前半部分）方框图

其中：Fon为基准频率B；СИ6为放大装置同步脉冲；РФ为抑制混响滤波器。

右放大装置由基阵输入转换开关和放大器组成，放大器带有抑制混响滤波器，并且其输入端带有双位转换开关K4，用于按СИ6指令向输入端输送基准频率，进行频率自动调整。

对于主动自导来说，由于发射功率较大，基阵输入转换开关用于保证自导系统发射信号时接收机系统不受发射功率影响［3］；在接收信号时，基阵输入转换开关作为宽带通滤波器，其主要作用是抑制海洋噪声对回波信号的影响［4］。在接收机正常工作时，双位转换开关根据СИ6控制信号，控制右放大装置在选频放大与频率自动调整之间切换。通过带РФ的放大器与频率自动调整的共同作用，最终使混响频率落入陷波器中心频率上，达到抑制混响的目的。

3.2 基阵输入转换开关和双位转换开关电路分析

基阵输入转换开关和双位转换开关具体电路如图3所示。

1）基阵输入转换开关

该发射机和接收机与换能器基阵的耦合电路采用变压器方式，变压器的初级绕组有两个，一个与发射机相接，另一个与接收机相接，变压器的次级绕组则始终与换能器基阵相连接。为了防止发射时的大功率信号损坏接收机，在接收机的输入电路中采取了耐高压的保护电路［5］。

图3 基阵输入转换开关和双位转换开关电路

如图3所示电路图，放大器每一个输入端与基阵输出端经过基阵输入开关相连接，该开关包括电容C1，C2，C3，二极管V1，V2和电感器L1。在发射期间基阵输入转换开关可预防击穿带РФ放大器中的晶体三极管V3。在接收期间，由于接收信号幅度较小，不足以使V1，V2导通，此时基阵输入转换开关起宽带滤波器的作用。滤波器电路由L1，C4，R1组成，电容C1，C2，C3加入到输入回路是使其调谐到工作频率。

图4 宽带滤波器频率特性

若自导系统发射脉冲载频为B＝30kHz，不考虑接收回波时产生的多卜勒频移，根据：ω0＝2πf＝ 1／，L＝0.1μF，可 求 得：L＝0.28mH；品 质 因 数：Q＝ω0L／R＝0.002。该宽带滤波器的频率特性如图4所示，上限频率约为120kHz，下限频率约为7kHz，通频带约为120kHz，其品质因数反映了滤波器的滤波特性，Q值愈高，频率选择性越好，通频带愈窄；Q值愈低，频率选择性越差，通频带愈宽［6］。

2）双位转换开关

双位转换开关型号为143KT1。其主要参数为：（1）开启电压：≥2.4V；（2）电源要求：＋15V与－24V。内部结构如图5所示。其中：5，4为输入端；8，2为其对应输入端；11，12为控制端。

图5 143KT1电子开关

当СИ6控制信号为高电平时，开关全部合上，从基阵输入转换开关来的信号经过4与2接地，基准频率Fon经过5与8进入带РФ的放大器，进行频率自动调整；当СИ6控制信号为低电平时，开关全部断开，回波信号经过电阻R2进入带РФ的放大器中晶体三极管V3的基极。

3.3 带抑制混响滤波器的放大器电路分析

带抑制混响滤波器的放大器具体电路如图6所示。本节所涉及的陷波器是实现ODN抗混响的主要装置之一，它主要用于实现基本的选频与放大功能［7］。

根据图6所示，该放大器由抑制混响滤波器与射极跟随器两部分组成，从而实现陷波与放大的作用。抑制混响滤波器由电感器L2，电阻R3，电容C8，C9，C10，C12组成，通过L2的抽头与电源相连，有利于实现阻抗匹配。它接在晶体三极管V3的集电极上。晶体三极管V3与电阻R4，R5，R6，电容C8构成射极跟随器，其主要作用是提高输出阻抗，增强带负载的能力［8］。电阻R4，R3以及＋15V电源电压为V3提供直流偏置。R6用于调整抑制深度。射极跟随器的输出阻抗和二极管V9，V10形成限幅器，使右放大装置后半部分的三极管总是工作在线性状态。

图6 带РФ的放大器

图7为抑制混响滤波器的简图，其中C＝0.038μF，R＝6.18KΩ。假设航速VT为40节，发射频率f0＝30kHz，则：

图7中，电路的总阻抗［9］为

图7 抑制混响滤波器简图

4 替代化研究

由于该型装备属国外引进，从研仿设计、维修保障等角度考虑，需对其进行替代化研究。

1）基阵输入转换开关主要起保护接收通道、抑制海洋自噪声的作用，对它的技术指标要求并不太高，因此，在替代化研究中，仍采用原电路图，其缺点是电路中含有电感L，而电感在电路中易受其他因素的影响，电感值不稳定，会造成带宽与中心频率同原电路图不一致，但这给后续电路造成的影响并不大；

2）双位转换开关143KT1用DG201替代，DG201为四输入模拟开关，这里只用它的两个输入端；

3）对于带抑制混响滤波器的放大器，采用双T带阻滤波电路进行替代，其原理电路见图9。

图9 双T带阻滤波原理电路

由节点导纳方程不难导出电路的传递函数为

式中，AVF＝1＋R4／R5，Q＝1／2（2－AVF）。如果AVF＝1，则Q＝0.5，增加AVF，Q将随之升高。当AVF趋近2时，Q趋向于无穷大。因此，AVF愈接近2，｜｜愈大，带阻滤波的选频特性愈好，即阻带的频率范围愈窄。

图10 双T带阻滤波器频率特性

选取R1＝R2＝R＝2.06KΩ，R3＝1KΩ，C1＝C3＝C＝2500PF，C2＝2C1＝5000PF，则其中心频 率 为：f0＝30.9kHz，这与混响中心频率基本一致。由于Q值影响带阻滤波的选频特性，经过多次取值并计算仿真，得出当R5＝27K，R4＝25.92K时，AVF＝1.96，Q＝12.5。此时，其下截止频率fL＝30.43kHz，上截止频率fH＝31.38kHz，带宽为950Hz。其频率特性如图10，其中X表示频率（kHz），Y表示放大倍数｜｜。

由于原电路图中总放大倍数｜｜＝1，故在双T带阻滤波电路后又加上了比例运算电路，使总放大倍数满足原条件。

4）电路中的集成运放均采用OP27A低噪声精密运放，这种运放的特点是内部噪声低，这对于自导系统的工作是很有好处的，同时在替代时也注意消除运放的误差［10］；电路中的二极管V1、V2、V9、V10用2CK75D代替，其管耗、正向工作电压、额定正向整流电流等参数与原有器件基本相同。

目前正在开展实际电路设计与测试工作，通过测试对比，进一步完善替代化设计，以达到原有右放大装置的性能指标。

5 结语

本文对自导系统右放大装置组件工作原理、组成及其具体电路进行了分析研究，包括基阵输入转换开关、双位转换开关、带抑制混响滤波器的放大器电路等，并对基阵输入转换开关、带抑制混响滤波器的放大器的频率特性进行了研究，最后对右放大装置电路进行了替代化研究，分析了替代化电路的中心频率、放大倍数及相应的替换件特性，所得结论有利于掌握上、下、左、右四个放大装置的工作特性，同时为该型自导系统故障诊断及替代化设计研究进一步奠定基础。

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