基于传导电流场理论的水下定位系统研究

摘要

在当前积极探测开发海洋和保护海洋的背景下，水下定位和导航技术在水下工作中尤为重要。水下传导电流场理论广泛应用在水下环境等导电媒质中的通信、遥测及监测等领域，在特殊场合，水下电流场理论有着不可比拟的优势。考虑到已有水下定位技术的硬件设备体积庞大，功能复杂和水下视觉在深海或浑浊环境下定位困难等劣势，本文提出了基于水下电流场的弱电鱼仿生定位技术。
　　本文按照由介绍应用背景和进行理论研究，到硬件软件系统搭建，再到进行初期实验并得出结论的顺序进行阐述，本文的主要研究方向和工作内容如下：
　　1．对水下电流场理论的传播特性进行研究并构建数学模型，并对所构建的数学模型的主要参数进行仿真，使接收角度、接收距离对接收电压的影响直观体现在仿真图上。
　　2．研究弱电鱼的感知电场的特性，介绍弱电鱼仿生的水下定位原理。将水下电流场看做是静电场或者恒流场，应用它们的对偶原理对弱电鱼仿生定位系统进行数学模型的构建。根据定位原理和仿真曲线，确定了发射电极和接收电极的相对位置。
　　3．对上述水下定位系统搭建软硬件平台，主要包括数字处理部分、功率放大部分、接收滤波部分、系统电源部分的硬件电路板设计及实现。其中数字部分是以 FPGA和DSP为核心，主要围绕FPGA及外围电路的配置，控制AD芯片采集数据、控制DA芯片发射数据、与PC的串口通信、与DSP的异步数据传输等。其余部分的实现在本论文中也有较为详细的阐述。
　　4．本文为弱电鱼仿生定位系统设计了专用的上位机图形显示界面。PC机显示部分通过 LabVIEW软件进行编译，能够使测量结果以图形化的方式呈现在PC机上，使分析数据更加直观方便。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 水下定位技术的研究现状及发展趋势

1.3本文主要内容及章节安排

第2章 水下电流场理论及水下定位的基本原理

2.1 水下电流场理论

2.2弱电鱼仿生定位原理

2.3 相位差检测方法

2.4本章小结

第3章 硬件电路设计与实现

3.1 数字处理部分

3.2 功率放大部分

3.3 接收滤波部分

3.4系统电源设计

3.5信号采集卡

3.6 本章小结

第4章 系统软件设计与调试

4.1 FPGA与DSP的软件设计

4.2 信号采集卡的软件设计

4.3本章小结

第5章 初步实验及结论

5.1系统调试过程及步骤

5.2 弱电鱼仿生定位系统初步实验

5.3 初步实验结果及误差分析

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