电子系统在水声定位中的设计

摘要

在人类对海洋进行探索和研究的工作中,水声定位与遥测技术一直是一项重要的研究内容。水声定位技术在军事和海洋科学领域都有广泛的应用,它在保障国家的国防安全和国民经济建设的顺利进行中起着重要作用。从目前来看,无论从海洋开发,还是从军事方面的需求出发,水下定位越来越受到各个国家的重视,已成为水声领域的一个重要分支。随着人类对海洋研究开发工作的深入开展,所采用的研究手段也越来越多,例如载人深潜器、水下机器人、海底油气管线布设、摄像系统以及其它各种探测设备等等,而水下高精度的定位与遥测是实现水下安全、高效率科研和生产活动的前提与保障。基于测时的长基线水声定位系统由于定位精度高、范围广的特点是常用的定位方法之一。
　　本文基于现有的国内水平,参考国外如Nautronix、Sonardyne等公司水声信号处理设备的应用,结合工作中实际参与开发的项目,阐述了一套水声定位系统的设计方案,该水声定位系统用于舰船能够精确定位出被测的拖曳设备在离舰船的后伸距离、拖曳设备的深度及方位等信息。最终通过显示控制台来实时显示被测拖曳设备的具体位置及运动轨迹。
　　本系统设计基于长基线的水声定位技术,设计的内容包括询问发射模块、接收-应答模块、基于DSP的水声信号处理解算模块、拖体MCU模块、主控MCU模块等组成。除接收-应答模块外,其它各模块都安装在监测的舰船上,而接收-应答模块安装在被监测的拖曳设备上。在该水声定位系统中每一个模块都牵涉嵌入式电子控制系统开发,询问发射模块和拖体MCU模块控制内核以飞利浦公司的P89C669单片机进行开发,接收-应答模块和主控MCU模块以飞利浦公司的P89V51RD2FN单片机进行开发,而DSP水声信号处理解算模块是以TI公司的TMS320V33数字信号处理器+CPLD进行开发。
　　该水声定位系统信号体制是由若干个CW单频脉冲信号及LFM线性调频信号所组成,发射频率介于18kHz至24kHz之间。整套水声定位系统通过从发射到接收整个过程的时延和接收基阵的时序从而解算出拖曳设备离舰船距离、深度和方位等信息。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 水声定位的历史进程与发展现状

1.3 本论文研究内容

第二章 水声定位跟踪系统组成

2.1 使用背景

2.2 系统组成

2.3 系统工作过程

2.4信号体制

2.5 本章小结

第三章 舰船设备的电子设计

3.1 主控MCU模块的设计

3.2 询问发射模块的设计

3.3 拖体MCU模块的设计

3.4 DSP信号处理模块的设计

3.5 本章小结

第四章 拖曳设备的电子设计

4.1 接收-应答模块的设计

4.2 本章小结

第五章 系统数据规范及定位目标解算显示

5.1 数据链路概况

5.2数据格式

5.3 接口规范

5.4 显示主控台软件算法及显示

5.5 试验数据分析

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

附 录 电路实物图

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文