被动式水声定位系统浮标实时信号处理算法实现

论文摘要

被动定位技术一直以来是水声界关注的焦点。水下高速运动目标三维轨迹被动式定位系统是国内首次开发的被动式高速跟踪系统,被动跟踪方式的靶场测控技术,无需在目标上加装合作信标,因而能够大大提高试验效率,达到保证武器定型试验和科研试验质量的任务。本论文主要针对浮标分系统的水声信号处理单元,完成实时信号处理软件和有关DSP外设控制的设计与实现,测量目标的声学信息,为显控计算机实时解算目标三维轨迹提供必要参数。矢量传感器可同时、共点的拾取声场声压与振速信息,单个矢量传感器就可对目标进行全空间无模糊定向,高精度测向是本系统的关键,系统采用成熟的直方图方位估计测向。水下高速运动目标的被动跟踪需要面临的主要挑战是高速运动目标的多普勒效应和水下信道的多途效应。由于目标高速运动,产生的多普勒效应,使得多普勒补偿成为必需,本文提出了适合本系统的多普勒补偿方法,确保高精度的时延差估计。水声信号处理单元的主体是两片TMS320C5509A,串口方式连接,DSP软件使用汇编语言编写,本文着重从工程实现角度出发,设计两片声学DSP信号处理程序,从程序动态范围、量化精度、容错能力、优化程度出发确保软件的实时性、有效性、稳定性。系统通过实验室模拟器调试和湖试,信号处理软件不断趋于成熟和完善,性能符合技术指标要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 立题背景和意义
• 1.2 矢量水听器
• 1.3 被动式水声定位系统简介
• 1.3.1 浮标分系统构成
• 1.3.2 船载分系统构成
• 1.4 工作任务与论文结构
• 第2章 水声信号处理单元
• 2.1 接收信噪比估计
• 2.2 矢量水听器目标方位估计原理
• 2.2.1 平均声强器
• 2.2.2 直方图方位估计
• 2.2.3 矢量水听器的灵敏度与相位特性
• 2.2.4 高精度测向技术的关键问题
• 2.3 多普勒补偿时延差估计
• 2.3.1 理想条件下的多普勒变化模型
• 2.3.2 多途条件下的多普勒变化模型
• 2.3.3 多普勒补偿
• 2.4 水声信号处理单元程序设计
• 2.4.1 系统数据接口
• 2.4.2 系统上下行指令流程
• 2.4.3 声学板自检
• 2.5 本章小结
• 第3章 声学DSP1程序设计
• 3.1 声学DSP1数据处理流程图
• 3.2 数据传送模块
• 3.3 背景噪声功率估计模块
• 3.4 尖脉冲检测与原始数据锁存模块
• 3.5 声学DSP1中断处理
• 3.6 本章小结
• 第4章 声学DSP2程序设计
• 4.1 声学DSP2数据处理流程图
• 4.2 时延差估计模块
• 4.2.1 自相关时延差估计
• 4.2.2 互相关时延差估计
• 4.3 方位估计模块
• 4.3.1 傅立叶变换
• 4.3.2 相位补偿
• 4.3.3 灵敏度补偿
• 4.3.4 互谱与平均周期图计算
• 4.3.5 方位估计
• 4.3.6 方位姿态仪数据采集
• 4.4 深度信息采集
• 4.5 原始数据读取回传
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验室联调及湖试结果
• 5.1 实验室联调
• 5.2 松花湖湖试结果
• 5.3 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