水声引信超声探测平面定位方法及回波半实物仿真系统设计
发布时间：2021-04-09 23:45
近感定位和目标识别是引信发火控制系统实现精确炸点控制的两个基本功能。其中,近感定位的作用是分辨目标、确定弹药发火时机。对于现代水中兵器弹药引信来说,弹目交会时有一定脱靶距离的战术技术要求,对定位精度提出了更高要求。因此,为了保证弹药在最佳作用半径内有效毁伤目标,现代水中武器近炸引信要求超声近感装置能够实现更精确定位和目标识别。本文以深弹引信为应用对象,主要研究水声引信近距超声探测中的平面定位技术,为将来研制新型现代引信的高灵敏目标探测器提供技术支持,通过设计基于回波发生器的半实物仿真系统,为研制提供便利,有利于缩短研制周期和降低研制成本,具有重要的军事应用价值。首先,在分析了国内外声定位技术及其应用的基础上,分析了适用于水下近距、快速探测的平面定位算法,根据双声换能器定位系统工作原理,得出目标坐标的计算公式,在保证定位精度的情况下,针对硬件实现的要求,采用广义互相关时延估计算法进行时延值的估计。在不改变引信本体结构和超声目标探测器总体结构的条件下,设计出了收发共用的压电换能器转换电路拓扑结构。进行了基于现场可编程逻辑门阵列的双声平面定位的硬件设计,将双声定算法划分为FIFO、乒乓存储单...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 声定位技术及其应用
1.2.1 波束形成定位方法及其应用
1.2.2 时间差定位方法及其应用
1.2.3 谱估计定位方法及其应用
1.2.4 双耳二元定位方法及其应用
1.3 水中兵器弹药引信声探测技术及其应用
1.4 半实物仿真技术在引信及水中兵器弹药引信中的应用
1.5 本文的主要研究内容
2 基于双声换能器的平面定位算法设计
2.1 双声换能器定位系统工作原理
2.2 基于时延和声压的双声换能器定位算法
2.3 时延估计算法简介
2.3.1 双基元时延估计模型
2.3.2 互相关时延估计算法
2.3.3 广义互相关时延估计算法
2.3.4 基于LMS的自适应时延估计算法
2.3.5 基于小波变换的时延估计算法
2.4 双声换能器的改进时延估计定位算法
2.4.1 时延估计算法的选择
2.4.2 声压估计的优化
2.5 本章小结
3 收发共用超声换能器基阵及转换电路设计
3.1 超声换能器及换能器基阵
3.1.1 超声换能器工作原理
3.1.2 压电换能器主要性能参数
3.1.3 压电换能器基阵结构
3.2 收发共用压电换能器转换电路
3.2.1 压电换能器基阵阵元连接方式
3.2.2 收发共用压电换能器转换电路设计
3.3 本章小结
4 基于现场可编程逻辑门阵列的双声平面定位实现及仿真
4.1 双声平面定位的FPGA设计流程
4.2 双声平面定位各子模块的FPGA实现
4.2.1 FIFO模块
4.2.2 乒乓存储模块
4.2.3 FFT/IFFT模块
4.2.4 互功率谱模块
4.2.5 PHAT加权模块
4.2.6 取模运算模块
4.2.7 峰值检测模块
4.2.8 声压模块
4.2.9 定位运算模块
4.3 时延估计单元的设计及仿真
4.3.1 时延估计单元的设计
4.3.2 时延估计单元的仿真
4.4 双声平面定位算法FPGA顶层模块设计及仿真
4.4.1 双声平面定位算法顶层模块的设计
4.4.2 双声平面定位算法顶层模块的仿真
4.5 双声平面定位算法FPGA硬件电路设计
4.5.1 FPGA芯片选择
4.5.2 电源电路的设计
4.5.3 SDRAM电路的设计
4.5.4 FPGA配置电路的设计
4.6 本章小结
5 基于回波发生器的半实物仿真系统设计
5.1 基于回波发生器的半实物仿真系统总体结构
5.2 通用串行总线接口的设计
5.2.1 USB接口芯片电路设计
5.2.2 USB接口芯片的FPGA控制程序设计与仿真
5.2.3 USB接口固件程序设计
5.2.4 USB接口驱动程序设计
5.3 多路并行信号发生器设计
5.3.1 基于FPGA软核双RAM的DDS信号发生器设计
5.3.2 基于FPGA的多路并行信号发生器的设计
5.3.3 D/A转换电路的设计
5.3.4 低通滤波器及电压转换电路的设计
5.4 测试结果上传模块设计
5.4.1 FIFO写控制模块的设计
5.4.2 串口模块的设计
5.5 回波发生器上位机软件设计
5.5.1 幅值离散序列发生器
5.5.2 测试结果显示和保存
5.6 回波发生器实验验证
5.7 本章小结
6 双声平面定位实验验证
6.1 实验系统的总体框图
6.2 实验结果及分析
6.3 本章小结
7 总结与展望
7.1 本文总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]水中目标联合压差及时延的二元阵定位方法[J]. 张营,陈荷娟. 探测与控制学报. 2013(06)
[2]波束形成声源识别技术研究进展[J]. 褚志刚,杨洋,倪计民,江洪. 声学技术. 2013(05)
[3]多液腔Janus-Helmholtz水声换能器[J]. 桑永杰,蓝宇. 哈尔滨工程大学学报. 2013(10)
[4]基于软核双口随机存储器的超声回波发生器[J]. 李文鹏,陈荷娟. 探测与控制学报. 2013(03)
[5]基于FPGA的双声传感器定位系统的设计[J]. 李文鹏,陈荷娟,张营,曲威. 电子技术应用. 2013(06)
[6]水下超波束形成技术性能仿真研究[J]. 赵瑞晅,胡桥,郝保安. 舰船科学技术. 2013(03)
[7]直接数据域的相位匹配回波检测[J]. 幸高翔,艾锐峰,蔡志明,虢应华. 系统工程与电子技术. 2013(03)
[8]一种基于三元阵的水下目标被动定位方法[J]. 姜可宇,姚直象,尹敬湘. 兵工学报. 2012(09)
[9]水下主动声引信回波集成检测方法[J]. 胡桥,白志科,朱建,王玮,肖素娟. 鱼雷技术. 2012(02)
[10]机器人听觉声源定位研究综述[J]. 李晓飞,刘宏. 智能系统学报. 2012(01)
博士论文
[1]1-3系压电复合材料及水声换能器研究[D]. 李莉.北京邮电大学 2008
[2]硬目标侵彻引信半实物仿真技术研究[D]. 张志安.南京理工大学 2007
[3]引信水中超声波探测技术研究[D]. 赵国库.南京理工大学 2005
[4]长基线水声跟踪系统抗多途及抗距离模糊研究[D]. 陈晓忠.哈尔滨工程大学 2005
[5]水下目标高分辨方位估计技术研究[D]. 冯西安.西北工业大学 2004
[6]声呐波束形成与波束域高分辨方位估计技术研究[D]. 杨益新.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]基于信号能量修正的声源定位算法研究[D]. 刘磊.辽宁大学 2012
[2]基于FPGA+DSP的GPS数字中频信号源设计[D]. 刘市.南京理工大学 2012
[3]鱼雷共形阵发射声场计算及波束优化研究[D]. 张俊.中国舰船研究院 2011
[4]水下弹载超声波探测发射信号的直接数字频率合成与实现[D]. 解立洋.南京理工大学 2011
[5]一款FPGA可编程逻辑块的全定制设计[D]. 刘宇峥.西安电子科技大学 2010
[6]主被动水声定位系统显控软件设计[D]. 黄如龙.哈尔滨工程大学 2009
[7]三维成像声纳中接收与发射基阵设计研究[D]. 张新丽.哈尔滨工程大学 2008
[8]不同环境下的时延估计算法及其仿真研究[D]. 唐娟.南京信息工程大学 2007
[9]基于传声器阵列的声源定位技术研究[D]. 郭俊成.南京航空航天大学 2007
[10]高分辨率空间谱估计技术研究[D]. 詹颖.国防科学技术大学 2006
本文编号：3128524
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 声定位技术及其应用
1.2.1 波束形成定位方法及其应用
1.2.2 时间差定位方法及其应用
1.2.3 谱估计定位方法及其应用
1.2.4 双耳二元定位方法及其应用
1.3 水中兵器弹药引信声探测技术及其应用
1.4 半实物仿真技术在引信及水中兵器弹药引信中的应用
1.5 本文的主要研究内容
2 基于双声换能器的平面定位算法设计
2.1 双声换能器定位系统工作原理
2.2 基于时延和声压的双声换能器定位算法
2.3 时延估计算法简介
2.3.1 双基元时延估计模型
2.3.2 互相关时延估计算法
2.3.3 广义互相关时延估计算法
2.3.4 基于LMS的自适应时延估计算法
2.3.5 基于小波变换的时延估计算法
2.4 双声换能器的改进时延估计定位算法
2.4.1 时延估计算法的选择
2.4.2 声压估计的优化
2.5 本章小结
3 收发共用超声换能器基阵及转换电路设计
3.1 超声换能器及换能器基阵
3.1.1 超声换能器工作原理
3.1.2 压电换能器主要性能参数
3.1.3 压电换能器基阵结构
3.2 收发共用压电换能器转换电路
3.2.1 压电换能器基阵阵元连接方式
3.2.2 收发共用压电换能器转换电路设计
3.3 本章小结
4 基于现场可编程逻辑门阵列的双声平面定位实现及仿真
4.1 双声平面定位的FPGA设计流程
4.2 双声平面定位各子模块的FPGA实现
4.2.1 FIFO模块
4.2.2 乒乓存储模块
4.2.3 FFT/IFFT模块
4.2.4 互功率谱模块
4.2.5 PHAT加权模块
4.2.6 取模运算模块
4.2.7 峰值检测模块
4.2.8 声压模块
4.2.9 定位运算模块
4.3 时延估计单元的设计及仿真
4.3.1 时延估计单元的设计
4.3.2 时延估计单元的仿真
4.4 双声平面定位算法FPGA顶层模块设计及仿真
4.4.1 双声平面定位算法顶层模块的设计
4.4.2 双声平面定位算法顶层模块的仿真
4.5 双声平面定位算法FPGA硬件电路设计
4.5.1 FPGA芯片选择
4.5.2 电源电路的设计
4.5.3 SDRAM电路的设计
4.5.4 FPGA配置电路的设计
4.6 本章小结
5 基于回波发生器的半实物仿真系统设计
5.1 基于回波发生器的半实物仿真系统总体结构
5.2 通用串行总线接口的设计
5.2.1 USB接口芯片电路设计
5.2.2 USB接口芯片的FPGA控制程序设计与仿真
5.2.3 USB接口固件程序设计
5.2.4 USB接口驱动程序设计
5.3 多路并行信号发生器设计
5.3.1 基于FPGA软核双RAM的DDS信号发生器设计
5.3.2 基于FPGA的多路并行信号发生器的设计
5.3.3 D/A转换电路的设计
5.3.4 低通滤波器及电压转换电路的设计
5.4 测试结果上传模块设计
5.4.1 FIFO写控制模块的设计
5.4.2 串口模块的设计
5.5 回波发生器上位机软件设计
5.5.1 幅值离散序列发生器
5.5.2 测试结果显示和保存
5.6 回波发生器实验验证
5.7 本章小结
6 双声平面定位实验验证
6.1 实验系统的总体框图
6.2 实验结果及分析
6.3 本章小结
7 总结与展望
7.1 本文总结
7.2 展望
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]水中目标联合压差及时延的二元阵定位方法[J]. 张营,陈荷娟. 探测与控制学报. 2013(06)
[2]波束形成声源识别技术研究进展[J]. 褚志刚,杨洋,倪计民,江洪. 声学技术. 2013(05)
[3]多液腔Janus-Helmholtz水声换能器[J]. 桑永杰,蓝宇. 哈尔滨工程大学学报. 2013(10)
[4]基于软核双口随机存储器的超声回波发生器[J]. 李文鹏,陈荷娟. 探测与控制学报. 2013(03)
[5]基于FPGA的双声传感器定位系统的设计[J]. 李文鹏,陈荷娟,张营,曲威. 电子技术应用. 2013(06)
[6]水下超波束形成技术性能仿真研究[J]. 赵瑞晅,胡桥,郝保安. 舰船科学技术. 2013(03)
[7]直接数据域的相位匹配回波检测[J]. 幸高翔,艾锐峰,蔡志明,虢应华. 系统工程与电子技术. 2013(03)
[8]一种基于三元阵的水下目标被动定位方法[J]. 姜可宇,姚直象,尹敬湘. 兵工学报. 2012(09)
[9]水下主动声引信回波集成检测方法[J]. 胡桥,白志科,朱建,王玮,肖素娟. 鱼雷技术. 2012(02)
[10]机器人听觉声源定位研究综述[J]. 李晓飞,刘宏. 智能系统学报. 2012(01)
博士论文
[1]1-3系压电复合材料及水声换能器研究[D]. 李莉.北京邮电大学 2008
[2]硬目标侵彻引信半实物仿真技术研究[D]. 张志安.南京理工大学 2007
[3]引信水中超声波探测技术研究[D]. 赵国库.南京理工大学 2005
[4]长基线水声跟踪系统抗多途及抗距离模糊研究[D]. 陈晓忠.哈尔滨工程大学 2005
[5]水下目标高分辨方位估计技术研究[D]. 冯西安.西北工业大学 2004
[6]声呐波束形成与波束域高分辨方位估计技术研究[D]. 杨益新.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]基于信号能量修正的声源定位算法研究[D]. 刘磊.辽宁大学 2012
[2]基于FPGA+DSP的GPS数字中频信号源设计[D]. 刘市.南京理工大学 2012
[3]鱼雷共形阵发射声场计算及波束优化研究[D]. 张俊.中国舰船研究院 2011
[4]水下弹载超声波探测发射信号的直接数字频率合成与实现[D]. 解立洋.南京理工大学 2011
[5]一款FPGA可编程逻辑块的全定制设计[D]. 刘宇峥.西安电子科技大学 2010
[6]主被动水声定位系统显控软件设计[D]. 黄如龙.哈尔滨工程大学 2009
[7]三维成像声纳中接收与发射基阵设计研究[D]. 张新丽.哈尔滨工程大学 2008
[8]不同环境下的时延估计算法及其仿真研究[D]. 唐娟.南京信息工程大学 2007
[9]基于传声器阵列的声源定位技术研究[D]. 郭俊成.南京航空航天大学 2007
[10]高分辨率空间谱估计技术研究[D]. 詹颖.国防科学技术大学 2006
本文编号：3128524
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jingguansheji/3128524.html
