宽带多普勒计程仪水层建模研究与信号处理系统设计

发布时间：2017-09-13 09:25

  本文关键词：宽带多普勒计程仪水层建模研究与信号处理系统设计

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【摘要】：多普勒计程仪是利用声波在水中的多普勒效应原理工作的仪器，多年来一直是一种重要的船用导航和测速设备。回波模型对测速技术研究非常重要，成本低、运算能力强和实时性好的信号处理系统是多普勒计程仪的重要组成部分。 本文基于多普勒频偏测速原理，主要研究声学水层回波球面模型和信号处理系统设计。 本文第一部分研究了声学水层回波球面模型。首先介绍了多普勒效应及其测速原理，分析了影响测速的因素，讨论了相应的解决方案，包括詹纳斯配置，相控阵发射等等。然后研究了现有的水底和水层回波模型，讨论了它们的优缺点，在此基础上建立了一个新的水层回波模型，根据水层的时空回波特性，推导了相应的解析表达式。最后在窄带和宽带信号模式下分别仿真所提出的水层回波模型信号和多普勒频率估计性能。 本文第二部分研究了多普勒计程仪的信号处理系统设计。首先讨论了硬件方案设计，给出了系统框图、组成模块和系统工作流程。然后基于系统功能及指标要求讨论了各个模块的功能以及所需芯片的选型。最后分别设计了系统的四个关键模块，主要包括数据存储、宽带编码信号产生、正交解调和波束合成与复相关运算等模块；重点介绍了SDRAM数据存取，IP核实现快速傅里叶变换，，DDS产生载频信号，频域的正交解调；给出了各模块的代码及顶层端口图以及部分仿真波形和SingleTapII抓取的硬件运行时序图，表明了系统运行的正确性和有效性。
【关键词】：多普勒计程仪 回波模型 现场可编程门阵列 复相关 频域正交解调
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U666.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究背景和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-13
• 1.3 本文主要工作及章节安排13-15
• 第2章 水声多普勒测速原理15-29
• 2.1 多普勒效应15
• 2.2 多普勒测速原理15-18
• 2.3 水底回波模型分析18-21
• 2.3.1 散射信号理论分析18-19
• 2.3.2 海底椭圆散射模型分析19-20
• 2.3.3 基于区域切分的水底模型分析20-21
• 2.4 一种水层回波新模型21-24
• 2.4.1 水层回波的时空特性分析22-23
• 2.4.2 球面散射模型23-24
• 2.5 仿真与性能分析24-28
• 2.5.1 窄带信号仿真分析25-26
• 2.5.2 宽带编码信号仿真分析26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 系统硬件方案设计29-39
• 3.1 系统整体架构与指标要求29-31
• 3.2 各个模块功能及芯片选型31-38
• 3.2.1 同步采样模块31
• 3.2.2 数据处理与储存模块31-33
• 3.2.3 编码信号产生模块33-35
• 3.2.4 通讯模块35-36
• 3.3.5 电源模块36-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 关键模块设计与实现39-62
• 4.1 数据储存模块39-46
• 4.1.1 SDRAM 概述39-40
• 4.1.2 SDRAM 基本操作和时序逻辑40-42
• 4.1.3 SDRAM 控制器总体设计42-44
• 4.1.4 基于乒乓操作的高速存储44-46
• 4.2 宽带编码信号产生模块46-49
• 4.3 正交解调模块49-57
• 4.3.1 正交解调方法比较49-51
• 4.3.2 十倍抽取51-53
• 4.3.3 IP 核实现 FFT53-54
• 4.3.4 频域正交解调54-57
• 4.4 波束合成和复相关运算57-60
• 4.5 电路版图和系统实物60-61
• 4.6 本章小结61-62
• 第5章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62
• 5.2 不足与展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 附录68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张林;何春;;高速SDRAM控制器设计的FPGA实现[J];电子科技大学学报;2008年S1期

2 林辉;苏振强;;一种基于VHDL的乒乓操作控制法的研究[J];电子测量技术;2008年09期

3 李卫,王杉,魏急波;SDRAM控制器的FPGA设计与实现[J];电子工程师;2004年10期

4 王智,罗新民;基于乒乓操作的异步FIFO设计及VHDL实现[J];电子工程师;2005年06期

5 熊凯军;;多普勒计程仪测速误差分析[J];船电技术;2012年09期

6 刘德铸;孙大军;张殿伦;;利用波束散射模型分析BBADCP的性能[J];哈尔滨工程大学学报;2010年03期

7 陈传坎;船用多普勒计程仪测速精度分析[J];航海技术;2004年02期

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9 王力宝;战永红;程翥;路君里;皇甫堪;;声相关计程仪测速技术[J];舰船电子对抗;2008年05期

10 段然,樊晓桠,张盛兵,沈戈,梁婕;基于状态机的SDRAM控制器的设计与实现[J];计算机工程与应用;2005年17期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 刘德铸;声学多普勒流速测量关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

本文编号：842850