实时水下目标定位与姿态测量系统设计与实现

发布时间：2022-10-06 20:49

　　随着人类在海洋探索方面的不断深入以及水下技术的日渐发展,海洋综合实力的提升已成为各国军事力量的集中体现。目前,水下实时定位系统已在军事领域得到了广泛应用,通过水下定位技术可以获取水下目标的实时位置数据,再通过安装在目标顶点上的多个信标获取到的位置信息求解出目标的方位姿态,进而分析其运动轨迹状态。本文从系统的整体架构出发,设计并实现了一套用于水下目标实时定位与姿态测量的系统,该系统能够通过时延估计、同步定位方法对水下运动目标每隔半秒进行一次实时定位,并利用前一步获取的安装在目标不同位置上的信标的位置信息对方位姿态进行解算,最终将目标的定位及姿态信息实时地传输到上位机并进行显示。论文主要包括定位与姿态测量系统的架构、软件和算法的设计与实现以及系统仿真和水池试验,具体如下。1)系统架构设计与实现:首先提出定位与姿态测量系统的整体设计方案,其中包括系统的方案、模型及架构设计。然后介绍了组成系统的各个硬件模块,如:信号的发射、接收、处理单元,水声换能器基阵和水听器阵列等。此外,还包括自主开发的集成信号发射、接收和处理功能的PCB底板,并对其参数、设计思想和设计方案做了详细介绍。2)系统软件设计与... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外水下定位技术的发展现状
    1.3 论文研究的主要内容及结构
第2章 系统架构设计
    2.1 整体方案设计
        2.1.1 定位系统介绍
        2.1.2 系统方案设计
    2.2 硬件模块设计
        2.2.1 信号发射模块
        2.2.2 信号采集模块
        2.2.3 信号处理模块
        2.2.4 集成开发模块
        2.2.5 方位姿态仪模块
        2.2.6 液位仪测深模块
    2.3 本章小结
第3章 系统软件设计
    3.1 内核启动配置
    3.2 接口资源介绍
        3.2.1 串行外设接口
        3.2.2 外部存储器接口
        3.2.3 可编程实时单元子系统
    3.3 驱动程序设计
        3.3.1 信号的发射
        3.3.2 信号的采集
        3.3.3 信号传输优化
    3.4 本章小结
第4章 系统算法设计
    4.1 信号滤波
        4.1.1 FIR滤波器的原理
        4.1.2 窗函数法设计原理
        4.1.3 带通滤波器的设计
    4.2 定位原理
        4.2.1 同步定位方法
        4.2.2 同步定位时的距离模糊问题
        4.2.3 非同步定位方法
    4.3 时延测量
        4.3.1 包络检测法
        4.3.2 基于改进线性调频Z变换的二次相关时延估计
    4.4 非线性方程的求解
        4.4.1 牛顿迭代法
        4.4.2 线性化方程组
    4.5 空间方位姿态的解算
    4.6 本章小结
第5章 系统仿真和水池试验
    5.1 仿真设计
    5.2 水池试验
        5.2.1 实验前期的准备工作
        5.2.2 水池试验的设计方案
        5.2.3 试验结果及误差分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]便携式数字存储示波器[J]. 唐林海,黄睿钊,杨露.  电脑迷. 2017(02)
[2]基于MCZT的二次相关时延估计算法[J]. 马少春,刘庆华,张越峰.  桂林电子科技大学学报. 2014(05)
[3]水声定位系统在海洋工程中的应用[J]. 孙大军,郑翠娥,钱洪宝,李昭.  声学技术. 2012(02)
[4]蛟龙号载人潜水器的5000米级海上试验[J]. 崔维成,刘峰,胡震,朱敏,郭威,王春生.  中国造船. 2011(03)
[5]某型军用运输车辆振动系统频响函数矩阵估计的研究[J]. 段云龙,韩保红,闫璐,齐京礼,闫庆华.  实验力学. 2011(04)
[6]基于DFT相位检测的误差分析与补偿[J]. 陆招兰,施文康.  武汉工业学院学报. 2008(01)
[7]声源定位中的时延估计技术[J]. 崔玮玮,曹志刚,魏建强.  数据采集与处理. 2007(01)
[8]回顾过去 展望未来——中国海洋科技发展50年[J]. 孙志辉.  海洋开发与管理. 2006(05)
[9]水声定位技术的发展现状与展望[J]. 李守军,包更生,吴水根.  海洋技术. 2005(01)
[10]TDOA被动定位方法及精度分析[J]. 杨林,周一宇,孙仲康.  国防科技大学学报. 1998(02)

博士论文
[1]基于鱼雷报警声纳的目标识别技术基础研究[D]. 杨春.哈尔滨工程大学 2005

硕士论文
[1]数据融合技术在动力定位控制系统中的应用研究[D]. 栗占宝.大连海事大学 2013
[2]水下目标被动定位系统关键技术研究[D]. 焦小涛.西安工业大学 2013
[3]基于多普勒效应的水下目标定位技术研究[D]. 徐初杰.华南理工大学 2013
[4]盲源分离算法的研究及其在故障检测中的应用[D]. 王锋.电子科技大学 2013
[5]基于DM6467T的嵌入式智能视频分析终端设计与实现[D]. 马潇.西安电子科技大学 2013
[6]浮标式短基线定位系统设计[D]. 刘百峰.哈尔滨工程大学 2012
[7]超短基线定位系统接收与信号处理电路的硬件设计实现[D]. 吕泽政.哈尔滨工程大学 2012
[8]基于声阵列的水下目标定位技术研究[D]. 陈灿芬.华南理工大学 2011
[9]水下目标定位标校系统研究[D]. 陈凯.哈尔滨工程大学 2011
[10]某特种运输车辆液压系统仿真研究[D]. 曹明伦.南京理工大学 2011



本文编号：3687382