论文摘要
被动定位浮标系统旨在利用目标航行噪声对目标进行定位跟踪,该系统包括浮标分系统和船载显控分系统两部分。浮标分系统由若干浮标组成矢量水听器阵,测量水下目标航行噪声方位,将测量数据通过无线电发送至显控分系统；同时,显控分系统监测浮标所在GPS位置,利用浮标分系统上传的数据和浮标GPS位置通过几何交汇原理解算目标位置。论文所论述的声学系统是浮标分系统的一部分。声学系统包括辅电子舱电子平台、信号调理机、信号处理机三部分,可以同时处理四路信号：矢量水听器两路振速信号、一路声压信号和标量水听器声压信号。辅电子舱将四路信号通过电缆上传至信号调理机,同时,以单片机为核心器件的采集模块采集水听器姿态、入水深度和电池电量信息。信号调理机对信号进行放大、滤波等处理,提高信号信噪比,为后续信号处理做好铺垫。信号处理机采用DSP+FPGA的设计方案,FPGA作为信号处理机的枢纽,实现数据存储、回传、实时传输等功能,并为相关电路提供工作时序；DSP实现目标方位估计算法,采用互谱估计法,利用矢量水听器三路信号解算目标方位。论文首先介绍辅电子舱电子平台硬件电路设计思想,并对各分支结构作出详细论述,包括压力传感器、方位姿态仪接口设计以及单片机程序设计说明等；然后介绍信号调理机的设计原理,着重对滤波电路和光耦隔离电路做出详细论述,同时调节三路矢量通道的幅度相位一致性；然后给出信号处理分机的电路结构,并对FPGA外围相关电路加以介绍,着重介绍FPGA程序设计,对各程序模块的实现方法做了详细介绍；最后介绍目标方位估计的实现方法与过程,并通过仿真结果和试验结果论证算法的可靠性和有效性。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 论文来源和背景1.2 矢量水听器及其方位估计技术1.2.1 矢量水听器概况1.2.2 矢量水听器方位估计技术1.3 现代电子技术1.4 论文内容及结构第2章 辅电子舱电子平台设计与实现2.1 辅电子舱设计思想2.2 模拟电路设计2.3 压力传感器选型及接口设计2.4 方位姿态仪选型及设计2.4.1 方位姿态仪选型2.4.2 功能特性与输出特性2.5 单片机选型及模块设计2.5.1 内置ADC模块设计2.5.2 异步串行通信模块设计2.6 RS232-TTL转换电路设计2.7 辅电子舱供电电路设计2.8 本章小结第3章 信号调理分机设计与实现3.1 设计思想3.2 电路噪声抑制方法及低功耗设计3.3 差分-单端转换电路设计3.4 放大电路设计3.5 滤波电路设计3.5.1 滤波电路选型3.5.2 滤波电路分析3.5.3 幅度相位一致性调节3.6 单端-差分转换电路设计3.7 光耦隔离电路设计3.7.1 芯片选型及原理说明3.7.2 HCNR201应用电路设计3.8 本章小结第4章 信号处理分机逻辑单元设计与实现4.1 信号处理分机设计思想4.2 FPGA及相关硬件电路设计4.2.1 FPGA芯片选型4.2.2 FPGA调试和配置电路设计4.2.3 数模转换电路设计4.2.4 Flash存储电路设计4.3 FPGA程序设计说明4.3.1 复位和时钟管理模块设计4.3.2 ADC控制模块设计4.3.2.1 ADC采样率控制4.3.2.2 TLV320AIC33时序控制4.3.2.3 ADS8326时序控制4.3.3 DSP传输模块设计4.3.4 Flash模块设计4.3.4.1 写Flash设计4.3.4.2 读Flash设计4.3.4.3 擦除Flash设计4.3.4.4 Flash坏块管理4.3.5 FIFO模块设计4.3.6 数据回传4.4 本章小结第5章 目标方位估计方法设计5.1 设计综述5.2 目标方位估计方法设计5.2.1 目标方位估计方法概述5.2.2 目标方位估计方法实现5.3 实验结果5.3.1 目标方位估计方法仿真5.3.2 实验室测试结果5.4 本章小结结论参考文献攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果致谢附录
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