深海声学潜标声基元位置校准系统显控软件设计与实现

摘要

本文源于某国家863计划课题，该课题主要研究深海声学层析潜标关键技术。论文实现了深海声学潜标声基元位置校准系统显控软件，研究其定位原理及数据传输、软件功能的设计与实现。
　　声基元位置校准系统显控软件是系统的解算和控制中心，软件本身在Windows平台上基于Qt类库，使用C++语言开发完成。用于对声基元位置校准系统中的船载水声测距仪、潜标、应答器等诸平台进行功能设置、状态监控、数据传输等功能，同时具有实时和事后解算能力。具有功能完备、界面友好、操作方便、结果查看直观等特点。
　　本文首先讨论了水下潜标技术及水声定位技术研究的历史与现状，并对论文研究内容的相关技术进行了细致的阐述。然后介绍了声基元位置校准系统的系统总体概况、组成结构和工作方式，继而通过理论分析与计算机仿真，给出了长基线水声定位及水下应答器测阵的原理，进行了测阵精度和定位精度的分析。然后按照实际工作流的顺序，对显控软件的功能需求进行了详细的分析，接下来确立了各核心功能模块所需具有的功能，详尽介绍了各功能模块的具体设计与实现方式。本文最后对湖试试验数据及海上试验数据进行了数据处理与分析，给出了试验数据分析处理结果。
　　本声基元位置校准系统显控软件通过实验室联调、水池调试、湖上试验及海上试验证明可以稳定可靠的工作，并能够完成船载水声测距仪、潜标、应答器平台的指令通信，可以进行实时的测阵、自定位等功能，完成事后潜标数据处理功能。完成情况符合既定设计要求，达到了预期设计目标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 声学潜标概述

1．2．1 声学潜标简介

1．2．2 国内外声学潜标发展现状

1．2．3 潜标位置校准必要性

1．3 水声定位系统显控软件概述

1．4 水声定位技术概述

1．5 任务来源

1．6 结构安排

第2章 声基元位置校准系统原理论证及仿真

2．1 潜标声基元位置校准系统概述

2．2 潜标声基元位置校准系统各平台功能

2．3 声基元位置校准系统基本原理

2．3．1 数学模型

2．3．2 解算方法

2．4 应答器阵位校准原理

2．4．1 数学模型

2．4．2 解算方法

2．5 测量精度仿真分析

2．5．1 应答器阵元位置测量精度分析

2．5．2 潜标声基元定位精度分析

2．5．3 应答器阵内不同位置处潜标声基元定位误差

2．6 同步定位系统声线修正算法

2．6．1 声线修正及有效声速简介

2．6．2 有效声速表的利用

2．6．3 仿真分析

2．7 本章小结

第3章 声基元位置校准系统显控软件设计与实现

3．1 系统工作流程及显控软件需求分析

3．1．1 甲板备航

3．1．2 布放引导

3．1．3 测阵

3．1．4 测量船自定位

3．1．5 潜标值守

3．1．6 释放回收

3．1．7 潜标定位

3．2 显控软件功能及结构

3．3 显控软件开发环境

3．3．1 显控软件开发平台方案比较与选择

3．3．2 Qt简介

3．3．3 集成开发环境Qt Creator简介

3．4 基于Qt的声学信号收发控制模块设计

3．4．1 声学信号处理过程数据流

3．4．2 基于Qt的声学收发管理模块实现

3．5 显控软件模块设计与实现

3．5．1 界面概述

3．5．2 基础架构

3．5．3 指令通信

3．5．4 布放／回收导引

3．5．5 水声遥控模块

3．5．6 定位解算模块

3．5．7 测阵模块

3．5．8 测量船自定位模块

3．5．9 潜标定位模块

3．5．10 软件操作辅助模块

3．6 本章小结

第4章 声基元位置校准系统试验

4．1 千岛湖试验

4．1．1 船载平台声学功能验证

4．1．2 专家系统验证

4．1．3 应答器阵位校准

4．1．4 自身定位

4．1．5 潜标定位

4．2 南海试验

4．2．1 船载平台声学功能验证

4．2．2 专家系统验证

4．2．3 应答器阵位校准

4．2．4 自身定位

4．3 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