基于INS升沉与姿态角数据的波浪浮标设计

摘要

波浪浮标的设计是以技术指标为前提，选择符合要求的波浪传感器，并以其为核心，根据其测量原理选择合适的测波方法，综合考虑工作环境及使用要求完成方案设计，再根据整体方案完成软硬件及结构设计，最后对波浪浮标进行测试。
　　本文以INS SBG Ellipse2-E作为波浪传感器，基于其升沉数据及姿态角数据进行波浪浮标设计。主要工作如下:
　　1.根据INS的测量原理，针对一般上跨零点法以升沉曲线所有采样点均值这一常数值作为基线不能随波浪整体变化趋势而变化的缺点，提出了以升沉曲线连续固定数量的采样点均值为基线的定采样点变值基线上跨零点法及以升沉曲线所有极大值点拟合曲线与所有极小值点拟合曲线对应点取中值作为基线的双拟合曲线变值基线上跨零点法两种改进的上跨零点测波方法。根据使用要求选择球形浮标结构形式，确定系统构成及工作原理，完成方案设计。
　　2.依据总体方案，以STM32F429IGT6单片机作为中央处理器，完成波浪浮标中央处理模块、通讯模块、电源管理模块、太阳能充电模块及无线充电模块硬件设计;以直径500mm为参考尺寸，完成波浪浮标壳体、内部支架、防撞圈及核心机箱等结构设计，并对浮标浮力、稳定性及随波性进行验算。
　　3.根据系统功能需求，对波浪浮标数据处理软件结构进行设计，并根据软件各模块之间的关系对各模块的工作流程及代码实现进行说明，详细叙述了三种测波方法数据处理的代码实现。
　　4.通过对实验室模拟波浪的测量，验证了本文提出的两种测波方法的可行性，通过测量结果对比了三种测波方法的优劣。并研究了波浪周期、波幅、多波源及采样时长对测量精度的影响，根据波周期及波幅与测量误差之间的规律，对测量结果进行了修证，提高了测量精度。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1课题研究的目的及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1国外波浪浮标研究现状

1．2．2国内波浪浮标研究现状

1．2．3波浪浮标测波方法

1．3本文主要研究内容

第2章波浪浮标系统与原理

2．1测量技术指标

2．2环境适应性及抗冲击震动要求

2．3总体方案

2．3．1波浪传感器选择

2．3．2温度传感器选择

2．3．3环境适应性及抗冲击震动要求满足

2．3．4系统构成

2．4波浪测量原理与方法

2．4．1波高波周期测量原理与方法

2．4．2波向的测量原理与方法

2．5本章小结

第3章波浪浮标硬件与结构设计

3．1波浪浮标硬件设计

3．1．1主要元器件选型

3．1．2中央处理模块设计

3．1．3电源管理模块设计

3．2波浪浮标结构设计

3．2．1材料选择

3．2．2结构设计

3．2．3锚泊系统设计

3．2．4性能验算

3．3本章小结

第4章波浪浮标软件设计

4．1软件功能需求

4．2软件设计

4．2．1软件结构

4．2．2串口通讯模块

4．2．3数据解码模块

4．2．4数据处理模块

4．2．5数据存储模块

4．2．6网络通讯模块

4．2．7 UI

4．3本章小节

第5章波浪测量实验

5．1实验平台搭建

5．1．1测量平台硬件

5．1．2测量平台软件

5．2波高波周期测量实验

5．2．1单波源波高波周期测量

5．2．2多波源波高波周期测量

5．3波向测量

5．4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录