基于水下滑翔机的湍流观测仪研制

发布时间：2017-10-05 16:26

  本文关键词：基于水下滑翔机的湍流观测仪研制

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【摘要】：海洋湍流混合过程对大洋热盐环流具有重要调控作用。因此海洋湍流混合特征量如湍动能耗散率等物理量的定量刻画，主要通过现场湍流观测来实现。为满足长期连续海洋湍流混合观测资料的迫切需求，本文研制了基于水下滑翔机的湍流观测仪。利用水下滑翔机移动平台测量海洋湍流的优点是自主化程度高，测量过程不需要人员操作而且不受船时海况的影响并可以长期大范围连续观测。 本文主要从滑翔机壳体设计、电子系统设计和数据消噪处理算法三个方面来介绍基于水下滑翔机的湍流观测仪研制。并且通过实验室试验和湖试对研制的仪器和观测平台进行了科学验证以及对整个系统性能指标进行评估和验证。 首先湍滑翔机壳体设计主要包括：导流罩设计，耐压壳体设计和传感器安装位置设计。导流罩设计成流线型，目的是减小滑翔机的阻力和保护耐压壳体。耐压壳体（或仪器舱）主要用于承受水下压力，，并且为内部安装的传感器和电路系统提供水密空间。根据湍流观测原理以及后续数据处理算法对传感器合理安装位置进行设计。 其次是电子系统设计主要包括低噪音模拟信号调理模块；多通道高速数据采集模块；大容量数据存储模块；低功耗电源管理模块。低噪音模拟信号调理模块主要将传感器产生的微弱信号进行放大，滤波和阻抗匹配，降低信号在模拟通道传输时损耗。多通道高速数据采集模块主要对模拟信号进行高速A/D转换，并通过大容量存储模块对数据进行存储。电源管理模块为各个模块合理分配电源降低整个电子系统功耗，达到长期观测的目的。 对于观测湍流信号易受到平台振动的影响，提出了基于维纳滤波的数据消噪处理算法，基于剪切信号与加速度信号的最优权重系数，去除剪切信号的振动噪声，获得有效的湍流观测数据。 最后为了验证仪器的有效性和稳定性，设计了耐压试验，电子系统可靠性试验和滑翔机配平试验，并进行了千岛湖试验，试验结果表明基于滑翔机的湍流观测仪能到达湍流观测要求以及消噪处理算法的准确性。
【关键词】：湍流观测 水下滑翔机 数据采集 维纳滤波
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.941;P716.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外现状11-15
• 1.2.1 国外现状11-14
• 1.2.2 国内现状14-15
• 1.3 课题来源及研究意义15-17
• 1.3.1 课题来源15-16
• 1.3.2 研究意义16-17
• 1.4 论文主要内容17-18
• 2 湍流观测仪总体设计18-30
• 2.1 系统总体结构设计18-22
• 2.1.1 滑翔机壳体设计18-19
• 2.1.2 电子系统设计19
• 2.1.3 测量平台比较19-22
• 2.2 传感器选型22-28
• 2.2.1 剪切流传感器22-25
• 2.2.2 姿态加速度传感器25-27
• 2.2.3 压力传感器27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 3 滑翔机壳体设计30-40
• 3.1 低水阻导流罩设计30-31
• 3.2 耐压舱及水密设计31-37
• 3.2.1 耐压舱设计31-35
• 3.2.2 水密设计35-37
• 3.3 传感器安装设计37-38
• 3.3.1 剪切流传感器安装设计37
• 3.3.2 姿态传感器安装设计37-38
• 3.4 本章小结38-40
• 4 电子系统设计40-54
• 4.1 电子系统总体设计40-41
• 4.2 硬件设计41-50
• 4.2.1 高速主控模块41
• 4.2.2 低噪音信号调理模块41-42
• 4.2.3 多通道数据采集模块42-46
• 4.2.4 大容量数据存储模块46-49
• 4.2.5 电源控制模块49-50
• 4.3 软件设计50-52
• 4.3.1 软件总体结构设计50
• 4.3.2 应用层架构50-51
• 4.3.3 采集模块软件设计51-52
• 4.4 本章小结52-54
• 5 基于维纳滤波的数据消噪处理算法54-60
• 5.1 维纳滤波的基本原理54-56
• 5.2 基于维纳滤波的消噪算法56-58
• 5.3 处理流程58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 6 实验室试验及千岛湖试验60-70
• 6.1 实验室试验60-62
• 6.1.1 仪器舱耐压性及水密性试验60
• 6.1.2 电子系统稳定性试验60-61
• 6.1.3 滑翔机配平试验61-62
• 6.2 千岛湖试验62-68
• 6.2.1 试验目的62-63
• 6.2.2 试验方案63
• 6.2.3 试验过程63-64
• 6.2.4 数据分析及试验结论64-68
• 6.3 本章小结68-70
• 7 全文总结及工作展望70-72
• 7.1 总结70-71
• 7.2 展望71-72
• 参考文献72-73
• 致谢73-74
• 个人简历74-75
• 发表的学术论文75-76

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张涛;左谨平;马华玲;;FatFs在32位微控制器STM32上的移植[J];电子技术;2010年03期

2 赵吉浩;高艳波;朱光文;葛运国;;海洋观测技术进展[J];海洋技术;2008年04期

3 刘素花;龚德俊;徐永平;李思忍;;SD卡在海洋数据存储中的应用[J];海洋科学;2009年03期

本文编号：977813