抛落目标水下三维运动轨迹测量系统的设计与实现

摘要

水下声学定位技术广泛应用于海洋资源的勘探和开发、海上搜寻和搜救等场合。影响定位精度的因素主要包括：海洋环境中的噪声干扰、各种界面或水体产生的混响、由声速梯度引起的声线弯曲而导致的多途等。另外，海水的声吸收也是影响水下定位效果的一个重要因素。为提高定位精度，需要综合考虑定位模型、基阵阵型、信号形式以及处理方法等多方面内容。
　　本文的主要内容是建立一套可实现抛落目标包括入水点的水下三维运动轨迹测量的水声短基线定位系统。系统采用同步式和非同步式两种定位模型，以线性调频信号作为声源发射信号形式，利用匹配滤波技术提高接收信噪比增益，解算出目标的水下运动轨迹。
　　文中对球面交汇和双曲面交汇两种定位模型进行了详细推导，给出了定位方程的解算方法。在此基础上，重点仿真了基阵阵型对定位精度的影响，比较了平面矩形和空间四面体两种阵型的定位误差仿真结果，对比结果表明空间四面体阵定位精度明显高于平面矩形阵。系统设计中，选用MSP430F543x系列混合信号处理器结合nRF905型无线芯片为核心，研制出可实现低功耗待机、无线时钟同步信号发射、宽带线性调频信号发射等功能的新型同步声信标。同时，选用滤波放大器、数据采集卡、TS201型 DSP以及高精度授时GPS组建了位置解算单元。
　　本文最后，通过入水点结合目标运动速度与定位结果进行比对的方法，确认测量结果可信。并探讨了利用海面海底反射信号声程差对目标进行定位的可行性。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1应用背景

1.2水下定位技术现状

1.3测量系统概述

1.4论文主要研究内容

第2章 定位方法及误差分析

2.1同步式定位方法

2.2非同步式定位方法

2.3信号形式及处理方法

2.4误差分析

2.5本章小结

第3章 测量系统的设计与开发

3.1同步声信标

3.2位置解算单元

3.3 本章小结

第4章 试验及数据结果分析

4.1定位方法验证试验

4.2测试数据处理及结果分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢