水下目标航行参数遥测技术研究

摘要

水下目标航行参数遥测技术是各类水下载体、无缆水下机器人等系统之间传递信息的关键技术之一。本课题主要研究浅水多途复杂条件下的高速目标航行参数遥测技术，分析水声信道特点，研究多普勒补偿技术和水声遥测信号调制解调技术，研制信号处理样机，进行了理论分析、仿真研究和湖上试验。
　　本文主要研究浅水水声信道传输模型，通过分析水声信道的多途物理特性，基于声线理论建模，采用Matlab进行仿真，研究了多途信道的频率选择特性以及SMR随距离的变化，分析各个季度的声线传播轨迹变化。
　　研究高速目标多普勒补偿技术，提出了有效的补偿方案，通过对线性调频同步信号进行匹配滤波，基于帧长的测量进行多普勒频移估计，采用线性插值进行多普勒补偿。通过仿真及湖上试验验证，其频率偏移补偿精度在20Hz以内，有效地降低多普勒频移对信号检测的影响。
　　研究 OFDM、跳频、MFSK和时延差编码等调制方式，进行计算机仿真，分析了各种调制方式的优缺点；结合实际应用情况，优选适于既抗多途影响又符合遥测功能的水下目标的水声遥测信号体制。
　　研制信号处理系统样机，针对系统总体设计要求，信号处理硬件采用以高速浮点型DSP芯片ADSP-TS201为主处理器，CycloneII系列FPGA为主控制器的硬件解决方案，构建了信号处理硬件平台；开发了信号处理软件，采用 C语言和汇编语言混合编程方式实现了水声遥测信标处理算法。
　　最后进行了湖上水声遥测通信试验，分析遥测试验数据，验证水声遥测信标和数字信号处理系统的性能。无论是静态、动态，还是姿态传感器的实时测试中，水声遥测误码率均小于10-3，试验结果表明时延差编码+FSK的信号体制可以有效地实现水声遥测功能，同时也证明了信号处理算法和软件设计方的有效性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的章节组织

第二章 水声信道分析及多普勒补偿技术

2.1 浅水水声信道的特点

2.2 水声信道模型的建立

2.3 仿真与分析

2.4 多径时延结构

2.5 多普勒补偿技术

2.6 本章小结

第三章 高速目标水声遥测调制方式

3.1 OFDM仿真

3.2 扩频仿真

3.3 MFSK仿真

3.4 时延差编码仿真

3.5 结果分析

3.6 遥测参数信标体制设计

3.7 本章小结

第四章 数字信号处理系统硬件及软件设计

4.1硬件设计

4.2 软件设计

4.3 本章小结

第五章 遥测通信试验

5.1 试验系统的构成

5.2 试验数据的处理和分析

5.3 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献