大功率宽带水声发射机国产化项目报告

【2020版】

辑要页

1.    军事需求及军民融合应用

1.1     军事需求分析

纵观全球，世界各国对海洋的开发愈加重视，争抢海洋开发先机，争取海洋资源，由此而引发的领海争端不断。我国是海洋大国，拥有300多万平方公里的内水和领海，但我国并非海洋强国，目前我国存在纠纷的领海面积达200多万平方公里，实际为我国控制的海域更少。在这种情况下，水声技术显得尤为重要，无论在海洋军事领域还是民用海洋开发领域都具有重要的意义。水声技术已成为各国海军进行水下监视的主要技术手段，可用于水声对抗、水下战术通讯、对水下目标的探测、定位和跟踪等。

随着电子技术及水声技术的发展，以及各国对水声技术的重视，现代声纳技术发展迅速，新原理、新技术、新型声纳设备纷纷涌现，这一变化也对水声信号发射机提出了新的需求，宽带、大功率、模块化、数字化是现代声纳发展的主要方向。

水声技术及相关装备关系到**海军装备以及海洋技术的发展水平，为达到技术封锁、技术制约我国的目的，当前西方**严禁对华出口水声技术、水声设备。因此，为了提升我国水中兵器及装备的实力、打破西方垄断，研制我们自己的高端水声装备具有重要意义。由于我国水声技术发展较晚，且受国际技术封锁严重，总体来讲，水声技术及装备相对发达的欧美**差距甚远，所以加快我国水声技术研究以及水声装备研制迫在眉睫。

1.2     军民融合应用

大功率宽带水声发射机，作为声呐系统的重要组成部分，不论是在军事领域还是民用领域都发挥着极其重要的作用。大功率宽带水声发射机可广泛应用于海洋资源探测、地形地貌扫描、渔业探测、航道规划以及码头垃圾清理等民用技术领域。另外，大功率宽带水声发射机还可做为大功率宽带高频正弦电源，用于航空航天领域非接触式供电技术的相关测试或是电化学领域的相关测试。

2.    国内外技术现状分析

2.1国外技术状况

现阶段，前沿的水声处理技术以及高端水声装备都被欧美发达**所垄断，在水声发射机领域，业界比较熟悉的是美国INSTRUMENTS,INC公司。该公司生产的功率放大器（水声发射机）品种*为齐全，性能指标较高，可靠性较好，是目前国际上*权威的水声发射机制造企业，其设计制造的水声发射机已基本垄断全球市场。由于该类产品可广泛应用于军事用途，因此该公司产品的出口均需获得美国国防部出口许可。目前，除北约盟**外，其他**均无法获得。2012年，**市场被美国国防部列入重点军事禁运名单，国内军工企业（包括民用领域）均无法获得该类设备。2014年，包括设备使用的相关电子元器件也遭到美国国防部的禁运。

成情况

3.1主要研究的目标

项目的主要研究目标：研制满足各种声呐系统应用的国产化先进宽带大功率水声发射机设备，技术指标达到国际先进水平，打破国外垄断并实现出口创汇。

项目主要的产品涵盖：大功率宽带线性水声发射机系列产品；超高频宽带线性水声发射机系列产品以及超大功率宽带水声发射机系列产品。其中：

大功率宽带线性水声发射机：频率范围达150Hz至180kHz，连续输出功率高达50kVA，输出电压高达2400V,主要用于科研试验以及海洋科考等领域;

超高频宽带线性水声发射机：频率范围达10kHz至1MHz，连续输出功率高达1kVA，输出电压高达1400VP-P,主要用于水声成像领域;

舰载式超大功率宽带水声发射机：频率范围达0Hz至20kHz，连续输出功率高达数百kVA至数千kVA，输出电压高达5000V,主要用于舰艇的大功率声呐系统，也可用于海洋科考等领域;

3.2主要研究内容及关键技术

主要研究内容及关键技术包括：

3.2.1大功率宽带线性放大器单元设计技术

目前国内外对于频率范围在20kHZ以内的普通大功率线性放大器研究较多，技术相对成熟。而频率带宽高达数百千赫兹乃至数兆赫兹的大功率线性放大器则少有报道，大功率宽带线性放大器单元技术难度大，且少有资料可供借鉴，完全依靠企业自主研发。

3.2.2宽带阻抗匹配变压器设计技术

宽带阻抗匹配变压器是水声发射机与换能器匹配的关键组件，具有频率范围宽，输出电压高、输出功率大等特点，受材料以及绕制工艺的影响非常突出，多年来一直是一个困扰水声界的一个难题。

3.2.3高压大功率CPS-SPWM调制技术

高压大功率CPS-SPWM调制技术是一种采用级联结构移相SPWM控制技术，该技术的优点在于通过多组低压逆变器级联的方式，可以实现高压输出，且输出频率达到单个逆变单元的2N倍（N为级联数），其级联数越多，则输出波形越趋近于标准正弦波，且谐波成份较低。该技术在高压大功率领域应用优势非常明显，是实现超大功率水声发射机模块化、小型化以及高转换效率的关键技术。

3.2.4大容性负载下设备的稳定性和可靠性设计技术

由于声呐换能器是一种大容性负载，一方面，如果阻抗匹配不好将导致输出电流超前电压太多，导致放大器模块过流损坏；另外，容性负载容易和回路电感产生破环性振荡，轻则影响设备稳定性，重则损坏设备，因此需要开展大容性负载下设备的稳定性和可靠性研究。

3.3项目研究完成情况

     国内不少科研单位在早些年都买过美国INSTRUMENTS,INC公司大功率宽带线性放大器用于水声试验，对其性能指标都比较满意，目前大都已经损坏，而该公司产品2012年被美国国防部对华军事禁运，因此非常迫切希望能够买到性能指标与美国INSTRUMENTS,INC公司类似的产品。鉴于此种情况，项目组决定优先研发美国INSTRUMENTS,INC公司替代型产品。

在没有任何借鉴的情况下，项目组经过近4年的不懈努力，终于成功研发了可以完全替代美国INSTRUMENTS,INC公司的大功率线性水声发射机，其性能指标完全达到，并部分超越了美国INSTRUMENTS,INC公司的技术水平，国产化型号主要有：

n  超低频宽带功率放大器（S系列）

   TOP-S系列超低频宽带功率放大器产品是我公司专门为水声领域、电化学等领域推出的超低频宽频带大功率功率放大器，该系列产品额定功率范围1000W至10000W，频率范围1Hz至30kHz，产品各项指标均已完全达到并超越了国外同类装备的水平，产品已销售至部队及军工科研院所。产品通过国防计量站和相关机构检测。彻底打破了美国等发达**对**同类型产品的军事禁运及相关技术封锁。

    TOP-S系列高压宽带功率放大器产品具有完善的保护功能，在发生保险丝熔断、输入电源过压、输出过流、过温以及超频时均能实现自动保护和故障状态指示。该系列产品均具备远程监控及操作功能。同时，该系列产品采用全彩触摸屏控制，具有简洁的的人机操作界面，操作简便。

超低低频宽带功率放大器系列（S系列）产品选型表

n 高压宽带功率放大器（L系列）

    TOP-L系列高压宽带功率放大器产品是我公司专门为水声领域推出的宽频带大功率功率放大器，该系列产品额定功率范围1000W至50000W，频率范围150Hz至180kHz，产品各项指标均已完全达到并超越了国外同类装备的水平，产品已销售至部队及军工科研院所。产品通过国防计量站和相关机构检测。彻底打破了美国等发达**对**同类型产品的军事禁运及相关技术封锁。

    TOP-L系列高压宽带功率放大器产品具有完善的保护功能，在发生保险丝熔断、输入电源过压、输出过流、过温以及超频时均能实现自动保护和故障状态指示。该系列产品均具备远程监控及操作功能。同时，该系列产品采用全彩触摸屏控制，具有简洁的的人机操作界面，操作简便。

高压宽带功率放大器系列（L系列）产品选型表

n  高频宽带功率放大器（M系列）

TOP-M系列高频宽带功率放大器产品相对于高压宽带功率放大器系列产品，频率范围更高，可达500kHz。可广泛运用于水声以及航空航天等领域。该系列产品额定功率范围400W至800W，频率范围5kHz至500kHz。各项指标均已完全达到并超越了国外同类装备的水平，填补了国内空白，打破欧美**的垄断和禁运。

    TOP-M系列高频宽带功率放大器产品具有完善的保护功能，在发生保险丝熔断、输入电源过压、输出过流、过温以及超频时均能实现自动保护和故障状态指示。该系列产品均具备远程监控及操作功能。同时，该系列产品采用全彩触摸屏控制，具有简洁的的人机操作界面，操作简便。

高频宽带功率放大器系列（M系列）产品选型表

n  超高频宽带功率放大器（H系列）

     TOP-H系列高压宽带功率放大器产品是我公司专门为水声领域对高功率、高频率运用需求推出的超高频宽频带大功率功率放大器系列产品。同时，该系列产品可广泛运用于超声Ultrasonic、等离子、医疗、生物、测试、电磁场、科研等领域。也可作为大功率高频正弦电源运用于电化学、物理实验以及无线供电等技术领域。该系列产品额定输出功率范围400W至800W，频率范围10KHz至10M，产品各项指标均已完成相关检测，产品已销售至部队及军工科研院所。彻底打破了欧美国等发达**对**同类型产品的相关技术封锁以及产品市场垄断。