目标载体合作声信标系统的设计与实现

摘要

海洋中具有丰富的自然资源，在海洋开发过程中，常通过搭载声学、光学设备的水下潜器完成指定的海洋开发任务。由于水介质的特殊性，声波是水下唯一有效进行远距离信息传递的载体，基于声波探测的水声技术成为传递和获取水下信息最有效的方式之一，水下定位与导航技术即是通过声波实现对目标潜体的水下定位的一门技术。
　　本论文的研究围绕目标载体合作声信标系统的工作环境和自身特点，实现了声信标系统的硬件电路设计以及软件程序编写。目标载体合作声信标系统由发射换能器、声信标电子舱和控制单元三部分组成。PC机经由控制单元实现了对声信标电子舱的上下电控制以及电气状态检查、工作环境监测等功能，保证目标载体在水下运动过程中能够稳定的向水面基阵单元和超短基线定位单元提供声信号，使得后者经过数据采集处理后能够得到目标载体的运动信息。
　　针对控制单元，设计了以MSP430F6638微控制器为处理核心，搭配外围串口通信电路、触发电路等电路模块的硬件平台，软件编程实现了控制单元所需的功能。通过对IRIG-B交流时间码的编码、调制、解调、解码等过程的模拟仿真，在理论上验证了解码方案的可行性。将解码方案移植至硬件平台，实现了IRIG-B交流时间码的解码和准秒时刻的时间补偿。
　　针对声信标电子舱各方面功能的需求，完成了以TMS320VC5509为数据处理中心，搭配发射机电路等外围电路组成的电子舱硬件平台的设计。通过软件编写实现了换能器工作模式的控制、发射机工作状态的自检、电池电源的管理以及工作电压、环境温度的监测等诸多功能。综合考虑声信标系统的工作环境以及换能器分时分组发射信号的满功率工作模式，对声信标电子舱以及换能器的安装方式进行优化设计。
　　最后，对目标载体声信标系统中各个模块进行功能测试以及系统联调，得到了相应的测试数据。通过对测试数据的分析处理，对系统在硬件上和软件上均进行了优化，实现了整套系统稳定可靠工作，所设计的声信标系统达到了设计预期。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外发展现状

1.3 目标载体合作声信标系统简介

1.4 论文主要工作

第2章 水面控制单元的设计与实现

2.1 引言

2.2.1 MSP430最小硬件系统

2.2.2 数据采集转换电路

2.2.3 串口通信电路

2.2.4 触发\临时供电电路

2.3 IRIG-B解码方案的设计

2.3.1 IRIG时间码的简介

2.3.2 IRIG-B时间码的码制

2.3.3 IRIG交流时间码的解码方案

2.4 本章小结

第3章 声信标电子舱的设计与实现

3.1 引言

3.2.1 DSP最小硬件系统

3.2.2 数据采集转换电路

3.2.3 串口通信电路

3.2.4 温度测量电路

3.3 发射机硬件设计方案

3.3.1 驱动电路

3.3.2 功放电路

3.3.3 匹配电路

3.3.4 电池电源设计

3.4 声信标电子舱安装方式

3.5 本章小节

第4章 声信标系统联合测试

4.1.1 串口功能测试

4.1.2 临时供电功能测试

4.1.3 IRIG-B交流时间码解码测试

4.2 声信标电子舱的功能测试及分析

4.2.1 发射机功放电路测试

4.2.2 发射机自检功能测试

4.2.3 本章小节

结论

参考文献

致谢

附录