多普勒计程仪测速研究及其显示控制系统软件设计

论文摘要

多普勒计程仪是利用声波的多普勒效应原理而制成的一种精密测速和累积航程的导航仪器。它具有测速精度高,能够在浅水中工作,并能够测量较低速度的优点。以詹纳斯(JANUS)系统为代表的多波束系统的出现,大大减弱了船舶颠簸与起伏所带来的干扰。相控阵技术的应用,从原理上消除了声速补偿问题,大大提高了多普勒计程仪的性能。本文主要针对相控阵多普勒计程仪的显示控制系统软件设计、测速(测频)算法研究及湖上航行数据分析展开。文中详细介绍了多普勒计程仪测速工作原理,研究了詹纳斯配置和相控阵技术在多普勒计程仪中的应用。阐述了显示控制系统软件的设计思想;制订了软件的工作流程及实现的功能;设计了显示控制系统主体界面;着重研究了信号采集、串口通信、测频后置数据处理、速度解算等几个重要的功能模块的设计;对比研究了过零检测法、复协方差法和自适应法三种常用的测频算法,选取了一种测频精度高、运算量小的算法。最后,根据湖上航行试验数据,分析了多普勒计程仪在应用过零检测法下的测速精度,取得了预期的效果。通过湖上航行试验验证了显示控制系统设计的可靠性和测频算法的准确性,对进一步进行多普勒计程仪研究提供了有益的启示。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 题目来源
• 1.1.2 计程仪发展历史及现状
• 1.1.3 频率测量方法综述
• 1.2 本文的主要工作
• 第2章 多普勒计程仪综述
• 2.1 多普勒测速工作原理
• 2.1.1 多普勒效应
• 2.1.2 多普勒测速原理
• 2.2 影响测速的主要因素
• 2.3 詹纳斯配置
• 2.4 相控阵
• 2.5 相控阵多普勒计程仪主要技术参数的选择
• 2.5.1 发射信号的形式
• 2.5.2 波束空间取向
• 2.5.3 波束倾角
• 2.5.4 波束宽度
• 2.5.5 工作频率
• 2.6 本章小结
• 第3章 测频算法研究
• 3.1 过零检测频率估计方法
• 3.2 复协方差频率估计方法
• 3.3 自适应频率估计方法
• 3.4 测频算法的比较研究
• 3.4.1 运算量的比较
• 3.4.2 在不同信噪比下的性能比较
• 3.5 本章小结
• 第4章 多普勒计程仪显控系统软件设计
• 4.1 多普勒计程仪系统构造
• 4.2 显示控制系统的功能分析
• 4.3 系统控制软件流程设计
• 4.4 显控系统主体界面设计
• 4.4.1 软件开发环境简介
• 4.4.2 多普勒计程仪界面设计
• 4.5 通信模块设计
• 4.5.1 MSComm通信模块
• 4.5.2 通信协议
• 4.5.3 MSComm控件串口编程
• 4.6 数据采集模块设计
• 4.6.1 PCI-20612数据采集卡简介
• 4.6.2 TDECAPI动态库概述及设计思想
• 4.6.3 TDECAPI动态库API函数调用关系
• 4.6.4 采集卡二次开发编程
• 4.7 数据处理模块设计
• 4.7.1 误差修正
• 4.7.2 野点剔除和平滑处理
• 4.7.3 航程累计和深度解算
• 4.7.4 信号预处理
• 4.8 本章小结
• 第5章 湖试记录及测速精度分析
• 5.1 试验配置及所用的仪器设备
• 5.1.1 试验配置
• 5.1.2 试验所用仪器设备
• 5.2 湖试记录分析
• 5.3 湖上航行实验测速精度分析
• 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