海洋声呐测试指向控制系统研制

摘要

在陆地资源日益枯竭的今天，拥有丰富生物、化学、矿产等资源的海洋成为推动世界发展和维持人类生存的新兴动力。声呐设备作为海军作战和海底地形地貌勘测不可或缺的装置，在维护国家海洋安全和海洋资源开发中将发挥越来越重要的作用。为保证测量数据的准确可靠，对声呐设备的性能进行定期检测十分必要。本文依据国家海洋性公益项目-常用海底声呐测量仪器计量检测关键技术研究与示范应用对海洋声呐测试的要求，设计常用海洋声呐测试指向控制系统。
　　在海洋声呐设备的一系列指标检测过程中，需要不断改变声呐设备的声波发射方向。海洋声呐测试指向即指在对海洋声呐进行的检测过程中，声呐设备的声波发射方向。
　　海洋声呐测试指向控制系统主要分为测试指向控制平台、硬件电路、软件系统三大部分。测试指向控制平台主要由台体底座、减速器、水准管、法兰等组成，主要起到动力传输、声呐仪器固定及调平作用。硬件电路系统选用单片机 STM32F407作为系统的主控制核心对输入指令、反馈数据进行处理，以ZigBee CC2530芯片为信号传输工具实现数据的无线传输，采用伺服电机作为系统的执行元件并通过测试指向控制平台实现对海底声呐测试指向的控制，选择高精度编码器作为声呐测试指向的反馈装置形成对海底声呐测试指向的闭环控制。软件系统采用模块化的设计思想，利用KeiluVision5 IDE和IAR Embedded Workbench两种开发环境对各模块进行软件设计，主要包括指令输入模块软件设计、编码器模块软件设计、PWM波模块软件设计、ZigBee模块软件设计。
　　利用本系统，对海洋声呐仪器单波束测深仪、多波束测深仪、侧扫声呐进行了声学指标检测，并对测试数据进行了误差分析，达到国标相关要求，测试效果良好。充分验证了本系统的稳定性、安全性、可行性。

目录

声明

1 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 海洋声呐测试发展现状

1.3 课题研究内容

1.4 本章小结

2 常用海洋声呐及重要指标测试方法

2.1 常用海洋声呐及工作原理

2.2 海洋声呐换能器重要指标测试方法

2.3 本章小结

3 指向控制系统的总体设计

3.1 驱动系统的选择

3.2 指向控制系统的组成及工作原理

3.3 系统设备选型

3.4 本章小结

4 硬件系统设计

4.1 控制系统电路设计

4.2 ZigBee模块电路设计

4.3 编码器电路设计

4.4 电机相关电路设计

4.5 本章小结

5 软件系统设计

5.1 开发工具的选择

5.2 指令输入模块软件设计

5.3 编码器模块软件设计

5.4 PWM波模块软件设计

5.5 ZigBee模块软件设计

5.6 软件调试画面

5.7 本章小结

6 基于本系统的海洋声呐仪器声学指标检测

6.1 测试条件

6.2 测试流程

6.3 测试实验结果及分析

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录一

致谢

攻读硕士期间主要成果