多模式深海沉积物声学原位测控系统的研制

摘要

随着我国海洋开发力度的不断增大，以及海军由近海转向远海的战略目标，对于目标海域沉积物的声学特性认知需求也必将不断扩大，因此对声学原位测量系统的稳定性、精确度必将提出更高的要求。从海洋技术装备国产化的角度考虑，实现声学原位测量系统的自主开发以及测量技术的进步很有必要。
　　本论文针对海底沉积物中的声学特性在海底资源勘探、潜艇坐底位置选择等相关应用的重要性，研究分析了国内外现有声学沉积物原位探测系统的不足，设计并实现了提供实时监控模式、自容工作模式并同时兼容2套机械设备的深海沉积物声学原位测控系统。
　　本论文的主要工作有：水下部分的软硬件设计和甲板部分的人机交互界面软件设计。水下测控系统主要包括主控系统和数据采集储存系统。系统以STM32F103VCT6和STM32F407VET6微处理器为核心，实现了电机控制，传感器数据采集，水下视频监控，工作日志存储等功能。人机交互界面软件设计又包含系统运行上位机软件、自容模式数据回传上位机软件以及数据后处理软件。
　　后续本文详细介绍了本系统的硬件设计内容，包括电源管理电路、微处理核心电路、网络数据接口电路、系统姿态采集电路、串口通信及隔离电路、模拟量采集电路、数字量采集电路、继电器控制电路、SD卡存储电路等。并详细描述了相关部分嵌入式软件的设计思路，以及PC端上位机软件的设计方案，并对实现的功能进行了简要的概述。
　　最后，本论文设计并实现的系统通过实验室车间调试及黄海海试，验证了整个系统能正常稳定的完成测量任务，满足设计需求。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景和意义

1.3 声学原位测量系统的国内外发展现状

1.4 本论文的主要创新点

1.5 本论文的主要研究内容及设计目标

1.6 本章小结

第2章 系统总体设计方案

2.1 系统总体方案框架

2.2 系统硬件方案设计

2.3 系统软件方案设计

2.4 本章小节

第3章 系统硬件设计与实现

3.1 主控系统功能需求

3.2 嵌入式主控系统硬件设计

3.3 嵌入式数据采集存储系统功能需求及硬件设计

3.4 本章小结

第4章 嵌入式系统软件设计

4.1 系统工作模式分类设计

4.2 实时监控模式嵌入式系统软件设计

4.3 自容模式嵌入式系统软件设计

4.4 本章小结

第5章 上位机软件设计与实现

5.1 系统运行上位机软件总体方案设计

5.2 自容模式数据回传上位机软件方案设计

5.3 数据后处理软件方案设计

5.4 本章小结

第6章 系统调试

6.1 系统硬件调试

6.2 系统软件调试

6.4 整体测试结果

6.4 系统海试

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录