无线电水声浮标设计研究

论文摘要

随着对水声物理基础认识的深入、信号处理方法的发展以及无线通信系统能力的逐步提高,特别是硬件如DSP、FPGA、DGPS、DSSS等性能的提高,融合了无线电声学技术的水面水下一体化水声定位系统应用日益普及,在海洋科学领域和军事上应用广泛。被动水声定位系统利用GPS浮标构成水下定位框架,测量水下目标辐射噪声来解算目标方位,将解算结果传输到主控计算机进行综合解算并实时显示目标的三维轨迹。无线电水声浮标作为水下高速目标被动定位系统的探测和通信节点,要求布放简单、作用范围较大、精度高和适应能力强,主要任务是实现对水下高速目标的辐射噪声的可靠接收、调理、采集、传输、处理、存储和通信,它是系统的关键。本论文介绍了水下高速目标被动定位系统基本原理,分析了无线电水声浮标整体功能,主要研究内容集中在浮标硬件平台设计工作,包括:1.浮标通信接口模块设计。包括DSSS模块接口、DGPS接口、通信模块电源管理功能逻辑控制实现。2.系统信号调理模块的设计与测试。该系统信号调理模块由声压水听器、矢量水听器、深度传感器、方位姿态仪输出四个部分构成。并对通道一致性的影响和测量方法进行了分析和测试。3.水声信号处理分机的硬件设计,包括核心DSP器件的设计以及外围接口功能实现。本文中所设计的浮标硬件平台经过水面联调、湖上试验测试,作为水声被动系统的重要模块,达到系统性能指标,测量并显示了目标轨迹,验证了系统设计的可用性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文背景
• 1.2 水下高速目标被动定位系统简介
• 1.2.1 水下高速目标被动定位系统的基本结构
• 1.2.2 水下高速目标被动定位系统的基本定位原理
• 1.3 无线电水声浮标分系统概况
• 1.4 论文主要工作
• 第2章 浮标通信
• 2.1 无线通信概述
• 2.2 本系统无线电通信链
• 2.3 浮标无线通信系统硬件接口与实现
• 2.3.1 DSSS接口与实现
• 2.3.2 DGPS接口与实现
• 2.3.3 通信电源设计与管理
• 2.4 本章小结
• 第3章 信号调理
• 3.1 信号的接收
• 3.1.1 矢量水听器信号的接收
• 3.1.2 标量水听器信号的接收
• 3.1.3 压力信号的接收
• 3.1.4 水听器方位信息的接收
• 3.2 深度信息的采集与传输
• 3.2.1 MSP430F169单片机简介
• 3.2.2 12-bit ADC的设置
• 3.2.3 定时器的设置
• 3.2.4 USART模块的设置
• 3.2.5 单片机程序流程图
• 3.3 模拟带通滤波器的设计
• 3.3.1 模拟滤波器概述
• 3.3.2 带通滤波器的设计
• 3.4 调理通道的相位和幅度一致性
• 3.4.1 相位和幅度一致性的重要性
• 3.4.2 相位差测量的原理和方法
• 3.4.3 幅度和相位的调节方法
• 3.5 测试结果
• 3.6 本章小结
• 第4章 信号处理部分
• 4.1 水声信号处理分机概述
• 4.2 硬件设计
• 4.2.1 TMS320VC5509A DSP硬件设计
• 4.2.2 FPGA的设计
• 4.2.3 SDRAM电路设计
• 4.2.4 AD电路设计
• 4.2.5 锁相环
• 4.2.6 D/A的设计
• 4.3 逻辑接口设计
• 4.3.1 多路AD接口设计
• 4.3.2 DSP实时数据的传输
• 4.3.3 SDRAM接口设计
• 4.3.4 逻辑设计流程
• 4.5 测试结果
• 4.6 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