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相干的次声频率段电信号源研究

作　者: 孟秉林
导　师: 侯文
学　校: 中北大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 次声波信号源 FPGA DDS 干涉效应杂散误差
分类号:
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

国际恐怖活动、民族极端分裂主义、暴力犯罪等非传统安全问题日益成为我国构建社会主义和谐社会的重要挑战。非致命武器作为一种软杀伤、低破坏性的人道主义武器获得了广泛的发展。次声波是指频率低于20Hz的声波，由于人体许多内脏器官的共振频率也处于这一频段，所以当一定强度的次声波作用于人体时，人就会产生不适感甚至丧失抵抗能力。次声波武器就是利用这一原理制成的非致命性武器。次声波武器因其独特的优点获得了各国军队和警方的高度重视。本文研究的是尚在探索中的小型便携式现场可控次声非致命武器的关键技术之一。该非致命武器采用一系列次声波相互干涉以达到定向传播的目的，为解决现场可控非致命效果的特殊需求，对“相干的次声频率段电信号源”展开研究。DDS（Direct DigitalFrequency Synthesis：直接数字频率合成）技术是一种全数字化的频率合成技术。DDS技术可以较好的实现现场可控非致命次声武器所需的相干多路的实时可控电信号源。通过对探索中现场可控次声非致命武器工作原理的分析，根据信号源激励压电式次声相控阵列而产生相互干涉声波的目的，总结了其对信号源的特殊要求。在分析比较了与其相关的技术的基础上，最终选择了以FPGA搭载适当外围电路的方式实现DDS系统。在此基础上，进行了Verilog程序开发、设计、制作了相干的次声频率段电信号源。该信号源信号源是3路彼此间具有可调相位差的次声频段信号源，从技术上易于扩充为更多的通道；该信号源是可控的，幅度可控、相位差可控；并且该信号源体积小、功耗低。研究中还设计了多路滤波器，并对DDS系统的信号源输出的频谱特征展开研究，进行了误差分析，为进一步提高精度奠定了基础。最后对预期设想通过仿真和试验测试进行了验证。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 研究目的和意义  9-10
  1.2 非致命武器和次声武器发展现状  10-16
    1.2.1 非致命武器的由来和发展  10-12
    1.2.2 非致命次声武器的优点  12
    1.2.3 声学武器发展现状  12-14
    1.2.4 探索中的次声武器  14-16
  1.3 “相干的次声频率段电信号源”的探讨  16-18
    1.3.1 一般信号源的发展和现状  16-17
    1.3.2 探索中反恐非致命次声武器对信号源的特殊要求  17-18
  1.4 主要研究内容  18-20
2 相干的次声频率段电信号源实现途径  20-33
  2.1 某次声武器的工作原理  20-22
    2.1.1 系统组成和工作原理  20-21
    2.1.2 相干的次声频率段电信号源的参考指标  21-22
  2.2 相干的次声频率段电信号源的技术方案  22-28
    2.2.1 声压的波动方程  22-23
    2.2.2 信号干涉原理  23-26
    2.2.3 几种技术方案比较和评述  26-27
    2.2.4 系统方案综述  27-28
  2.3 DDS 信号发生技术的补充研究  28-31
    2.3.1 DDS 原理和结构简介  28-31
    2.3.2 技术实现的初步考虑  31
  2.4 本章小结  31-33
3 相干的次声频率段电信号源设计与实现  33-52
  3.1 FPGA 开发平台  33-34
  3.2 开发软件分析  34-35
  3.3 设计语言分析  35-37
  3.4 3 路相干次声频段点信号源的 FPGA 实现  37-51
    3.4.1 FPGA 设计流程  37-38
    3.4.2 串口接收设计  38-41
    3.4.3 串口接收到数据的处理  41-47
    3.4.4 相位累加器模块的实现  47-48
    3.4.5 波形 ROM 设计  48-50
    3.4.6 设计结果分析  50-51
  3.5 本章小结  51-52
4 DDS 信号源误差分析  52-63
  4.1 DA 芯片选择和 DA 电路设计  52-53
  4.2 低通滤波器设计  53-56
  4.3 DDS 输出的频谱特性和误差分析  56-62
  4.4 本章小结  62-63
5 仿真与实验验证  63-67
  5.1 系统仿真  63-64
  5.2 试验测试  64-67
6 结论与展望  67-69
  6.1 研究工作总结  67
  6.2 科学技术进步与创新点  67
  6.3 展望  67-69
附录  69-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果  79-80
致谢  80-81

相干的次声频率段电信号源研究

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