水中模型目标定位及姿态测量系统研究

发布时间：2020-05-31 00:23

【摘要】：随着现代科技的发展和世界经济的不断繁荣,海洋科技实力的提升已成为各国军事发展不可或缺的方向,水下定位技术已广泛应用在海底勘测、资源开发、军事对抗等领域,通过水下定位技术可以获取水下潜器的实时位置和运动轨迹,因此研究水中目标定位和姿态测量具有重要的意义和实用价值。本文研究了水中模型目标定位及姿态测量系统,该系统能够对模型目标在各个测量时刻进行定位,计算出模型目标上发射阵元的位置关系后,再向各个面做投影,得出模型目标的姿态角度,通过对比方位姿态仪的测量值,计算此系统的姿态解算误差。本文的主要工作将在信号滤波的方法、时延测量方法、水下定位方法和非线性方程的求解方法中进行展开。首先本文研究了多通道信号滤波的方法,通过对比串联结构和并联结构的notch滤波器的幅频、相频响应,得出两者滤波效果相同,但并联notch滤波器速度更快。然后本文研究了计算时延的方法,包络检波法和基于改进线性调频Z变换的二次相关估计法,由于包络检波法在计算时延时有时延精测的补偿,因此该方法具有更高的时延解算精度。在求解出信号传输时延后,本文介绍了同步定位和非同步定位的方法,包括球面交汇定位和双曲面交汇定位,根据其定位原理列出定位解算方程。最后本文研究了三种求解非线性方程的算法:解的算术平均法、基于线性化方程的牛顿迭代法和基于模拟退火的粒子群算法,通过对比不同信噪比下对三种算法的解算精度,得出在信噪比较高时三种算法的精度几乎相同,在信噪比较低时,基于模拟退火的粒子群算法获得了更高的解算精度。本文最后进行了Matlab仿真和消声水池的实验,仿真中计算的姿态角度与真实值几乎相近,水池实验计算的姿态角度与方位姿态仪相比误差较小,其均方根误差值均小于1°,达到了较高的姿态解算精度。
【图文】：

文的水中模型目标定位系统由四路 DA 声信标、功率放大器、四路发射换能听器、多路测放、正方体模型、方位姿态仪和液位仪等组成。下面将分节介分的工作原理及功能。路信号发射模块文在进行水下定位实验过程中，用到了四路发射换能器，通过求解四路信号取发射到接收的距离，进而求解定位方程。为使发射信号之间互不干扰，四应采取不同频率的信号，本文通过 TL138-EVM—OMAP-L138 DSP+ARM 开5724-A 多通道 DA 模块配套使用，实现 4 路 CW 脉冲信号的并行发送，为防信号的频率混叠，且匹配到发射换能器工作频率范围，在保证对接收信号的，需要增大各频率之间的带宽，在设计发射信号频率时，，为保证信号波形的完个信号的频率要与采样率成整数倍关系，故本文实验过程中四个通道的 CW 频率分别设置为 2.5kHz，5kHz，8kHz，10kHz。硬件设备介绍

图 2.2 OMAP-L138 核心板OMAP-L138 DSP+ARM 开发板一款基于 OMAP-L138 设计的 DSP-ARM 双核调校平台，可用来搭建 SOM-TL138 核心板，并图 2.3 TL138 开发板
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P715

【参考文献】

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本文编号：2688958