基于旋转电流场的水下定位系统设计与实现

摘要

随着社会的发展，人类对水下资源的科学探索日益增多，相应的技术需求也不断加大，其中水下定位技术作为水下资源探索中重要的技术之一，始终是水下科研中的重点研究内容。除了常规的声呐等水下定位手段外，一些特殊情况下的需求也推动了非声定位技术发展。本文的主要任务是设计一种基于旋转电流场的水下定位系统，包括一套平面定位系统和一套三维立体定位系统。
　　文章首先对水下定位技术的研究意义和重要性进行了介绍，进而对国内外水下定位技术的发展现状进行分析。
　　其次文章介绍了导电媒质中传导电流场基本原理及数学模型，详细讨论了带电球体以及电偶极子天线在均匀介质中的辐射电场特性，对任意一点P处的电场强度以及电势进行了讨论。在此基础上讨论了旋转电流场的产生方法，并对8电极和16电极的圆周电极法发射系统内部电场进行了研究，获得了内部任意一点P处信号的相位函数以及幅度函数的特性，再根据数字相关法论证了定位系统模型的正确性与可行性，为后面的定位系统设计提供理论支撑。
　　文章进而对基于旋转电流场的水下定位系统的样机设计进行了介绍，主要包括硬件电路设计、FPGA程序设计以及上位机软件设计等。
　　文章最后对样机系统进行了实验室测试与分析，并对本论文的不足之处以及该技术的展望进行了说明。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要内容和章节安排

第2章 电流场传播特性分析

2.1 传播媒质电磁参数

2.2 电流场传播特性数学模型

2.3 旋转电流场定位系统设计理论

2.4 数字相关法以及位置映射原理

2.5 本章小结

第3章 电流场定位系统设计

3.1 硬件系统设计

3.2 电源系统设计

3.3 FPGA及其外围电路设计

3.4 AD/DA系统电路设计

3.5 功率放大电路设计

3.6 信号接收电路设计

3.7 FPGA数字系统程序设计

3.8 上位机软件设计

3.9 本章小结

第4章 系统调试与结果分析

4.1 调试过程及调试步骤

4.2 系统测试与分析

4.3 本章小结及工作展望

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