水声定位及遥测系统接收机设计与实现

论文摘要

在人类对海洋进行探索和研究的工作中,水声定位与遥测技术一直是一项重要的研究内容。从目前来看,无论从海洋开发,还是从军事方面的需求出发,水下定位和遥测技术都越来越受到各个国家的重视,已成为水声领域的一个重要分支。随着人类对海洋研究开发工作的深入开展,所采用的研究手段也越来越多,例如载人深潜器、水下机器人、海底油气管线布设、摄像系统以及其它各种探测设备等等,而水下高精度的定位与遥测是实现水下安全、高效率科研和生产活动的前提与保障。本文的主要任务是针对水池实验条件,为自航模水下航行试验研制开发一套水声定位及遥测系统接收机。该接收机的主要功能包括:1、对接收水声信号进行多通道模拟调理;2、获得各接收通道的时延及遥测频率编码信息;3、协调系统内各分系统的工作并与显控平台接口进行数据传输。论文首先对水声定位及遥测系统的研究进展和发展方向进行了论述,着重介绍了本系统采用的定位及遥测原理,为接收机的硬件及软件设计实现打下理论基础。其次,为接收机设计硬件工作平台,详细介绍了模拟调理板和数字接口板,其中模拟调理板包括放大,增益控制,滤波等几个部分;数字接口板包括单片机(MCU),现场可编程门阵列器件(FPGA:FieldProgrammable Gate Array)以及它们之间的连接设计。第三,对接收机的软件设计进行了研究,使接收机的功能得以完善。最后,介绍了该系统的实验及其结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 水声定位与遥测技术的发展概述
• 1.2.1 水声定位技术发展
• 1.2.2 水声遥测技术概述
• 1.3 现场可编程门阵列器件（FPGA）概述
• 1.3.1 FPGA的发展
• 1.3.2 FPGA的结构特点与原理
• 1.3.3 FPGA的编程技术
• 1.4 论文主要研究内容与目的
• 第二章 水声定位与遥测系统工作原理与方案
• 2.1 水声定位系统工作原理
• 2.1.1 接收基阵标校
• 2.1.2 定位解算原理
• 2.1.3 定位系统误差分析
• 2.2 水声遥测系统工作原理
• 2.3 定位与遥测系统组成
• 2.4 定位及遥测系统的关键技术
• 2.4.1 分区定位解算及冗余技术
• 2.4.2 抗多途干扰软硬件措施
• 2.4.3 抗噪声和电磁干扰
• 2.4.4 适当的高精度
• 2.5 本章小结
• 第三章 定位与遥测系统接收机硬件设计与实现
• 3.1 接收机主要性能指标
• 3.2 接收机硬件结构设计
• 3.2.1 接收机硬件结构设计
• 3.2.2 主要芯片器件的选择
• 3.3 模拟调理板设计
• 3.3.1 放大电路与射随电路
• 3.3.2 增益控制电路
• 3.3.3 模拟滤波电路
• 3.3.4 包络检波电路与判别电路
• 3.4 数字接口板设计
• 3.4.1 单片机（MCU）接口
• 3.4.2 现场可编程门阵列器件（FPGA）接口
• 3.4.3 串行通信接口
• 3.5 电路设计中注意的问题
• 3.6 接收机主要性能指标测试
• 3.7 本章小结
• 第四章 定位与遥测系统接收机软件设计与实现
• 4.1 接收机软件开发设计语言
• 4.1.1 单片机汇编语言简介
• 4.1.2 现场可编程门阵列VHDL语言简介
• 4.2 系统软件工作流程
• 4.3 接收机软件功能模块
• 4.3.1 FPGA软件功能模块
• 4.3.2 MCU软件功能模块
• 4.3.3 FPGA与MCU软件开发设计中注意的问题
• 4.4 本章小结
• 第五章 实验结果分析
• 5.1 定位系统实验结果分析
• 5.1.1 池底接收阵布放和标校
• 5.1.2 目标作圆周运动时的航迹
• 5.1.3 声源作直线运动时的航迹
• 5.1.4 航模航行航迹测量
• 5.1.5 测迹精度
• 5.2 遥测系统实验结果分析
• 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
• 附录A
• 附录B
• 附录C