多普勒计程仪信号处理设计与实现

论文摘要

多普勒计程仪是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测速的精密仪器。这种计程仪可测出船相对于地的绝对速度和相对于水层的速度。它的优点是可在船速较低的情况下仍具有较高的测速精度。近年来,相控阵技术的应用,使得多普勒计程仪无需考虑声速补偿,因而避免了声速测量带来的误差。本论文就是针对相控阵多普勒计程仪,围绕它的信号处理系统的硬件解决方案及软件框架展开的。本论文的工作主要分为三部分:数字信号处理系统的硬件设计与各接口模块电路的调试;系统DSP软件设计与实现;系统的联调以及湖上和海上试验。数字信号处理系统的核心模块设计上,以三片形成主从结构的定点DSPTMS320VC5509A为数据处理中心;应用一片CPLD完成整个系统的逻辑控制;通过扩展异步通信芯片TL16C752B实现DSP与主机的通信;通过两片串行方式ADC完成模拟数字的转换。本论文较为详细地讨论了数字信号处理系统各接口电路的设计及功能。系统信号处理软件是在上述硬件平台上实现的。在DSP软件的编写上,三片DSP程序均采用C语言混合汇编语言编程实现。实现了对发射机的控制、数据采集、信号检测、数据存储、速度的解算以及与计算机的通信等功能。本套测速系统采用的是运算量小、测频精度高的复相关测频法。本测速系统在经过多次湖试、海试后,证明系统方案正确可行,硬件电路稳定、可靠,软件运行良好。能够适应不同水深、不同的底质等复杂环境。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景和意义
• 1.2 声学测速和计程设备简介
• 1.2.1 多普勒计程仪
• 1.2.2 声相关计程仪
• 1.3 多普勒计程仪发展动态
• 1.4 多普勒测速基本原理
• 1.5 复相关测频法简介
• 1.6 论文的主要工作
• 第2章 多普勒测速系统硬件设计与实现
• 2.1 引言
• 2.2 系统整体结构设计
• 2.3 数字信号处理系统的任务
• 2.4 数字信号处理器及外围模块设计
• 2.4.1 数字信号处理器（DSP）简介
• 2.4.2 DSP处理器模块设计
• 2.4.3 主控DSP与罗经、PC机通信电路设计
• 2.4.4 主控DSP数据存储电路设计
• 2.4.5 系统时钟接口电路设计
• 2.4.6 从片DSP数据采集电路设计
• 2.4.7 DSP自举引导的设计
• 2.4.8 CPLD的设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 数字信号处理软件设计与实现
• 3.1 引言
• 3.2 系统软件概述
• 3.3 主控DSP程序设计
• 3.3.1 总体设计流程图
• 3.3.2 搜索模式处理程序
• 3.3.3 对底模式处理程序
• 3.3.4 中断处理流程图
• 3.3.5 上传PC机数据
• 3.4 从片DSP程序设计
• 3.4.1 总体设计流程图
• 3.4.2 实时检波程序
• 3.4.3 数据采集程序
• 3.4.4 测频算法程序
• 3.4.5 中断处理流程图
• 3.4.6 上送主控DSP数据
• 3.5 本章小结
• 第4章 试验结果分析
• 4.1 引言
• 4.2 多普勒计程仪抚仙湖试验
• 4.2.1 试验仪器及设备安装情况
• 4.2.2 测速航段的选取
• 4.2.3 试验结果
• 4.3 大连浅海试验
• 4.4 实时测量结果
• 4.5 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