基于时间飞跃法的声速剖面仪的研制

发布时间：2017-09-14 11:10

  本文关键词：基于时间飞跃法的声速剖面仪的研制

  更多相关文章： 声速剖面仪 时间飞跃法(TOF) 高速AD采集

【摘要】：在当前世界范围内的海洋大开发背景下,我国作为一个海洋大国,对于海洋领域的观测、研究设备的需求越来越迫切,其中,海洋声纳设备作为十分重要的领域更为受到重视,其在国防、科研和渔业等领域都应用广泛。这些设备的精确与否受到海水中声速、温度和深度等条件的影响,因此,实时获取海水剖面的各项数据显得十分重要。本文的研究目的是完成一套基于时间飞跃法(Time of Flight,TOF)的高精度声速剖面仪,其中主体是声速测量部分,温深(温度、深度)数据则通过独立模块进行采集。该剖面仪能够对不同海域的剖面数据进行实时分析和测量,最终得到该海域的声速,温度以及深度数据。本文在考虑了各种声速的测量方法后,选择了利用STM32F407作为主要芯片配合高速AD采样得到测量数据,利用时间飞跃的原理最终得到海水中声音的传播速度。论文中所涉及的工作主要包含以下几个方面:(1)分析影响声音在海水中传播的因素,综合国内外海水声速测量的研究现状,对比各个方法的利弊,提出基于时间飞跃法的声速测量方法。(2)根据时间飞跃法测量超声波传播时间的原理,设计了基于STM32F407内核以及ADS901高速AD采集芯片的海水声速测量的硬件系统,通过调试与整理,实现对海水中声速的高精度测量。同时设计了基于ATmega64内核的温深测量模块,最终完善声速剖面仪的整体硬件设计。(3)完成系统软件部分的设计,其中包括对声速模块和温深模块的时序及使能控制,模块间通信,剖面仪与上位机间的通信,以及声速计算的算法部分,最终通过数字信号处理的相关方法提高测量过程的精确度以及稳定性。(4)对最终实验的结果进行分析,验证系统的整体精度。最终实验验证,该系统符合预定精度要求。
【关键词】：声速剖面仪 时间飞跃法(TOF) 高速AD采集
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH766
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 课题的研究背景和意义9
• 1.2 国内外发展状况9-11
• 1.3 论文主要内容及结构安排11-13
• 1.3.1 研究内容11-12
• 1.3.2 论文结构安排12-13
• 第2章 基于时间飞跃法声速测量的算法研究13-16
• 2.1 阈值检测法13
• 2.2 互相关检测法13-15
• 2.3 本章小结15-16
• 第3章 基于时间飞跃法的声速剖面仪的总体设计方案16-20
• 3.1 系统的技术参数16-17
• 3.2 系统整体方案的设计17-18
• 3.2.1 系统的硬件设计17
• 3.2.2 系统的软件设计17-18
• 3.3 系统工作原理18-19
• 3.4 本章小结19-20
• 第4章 声速剖面仪的硬件电路设计20-33
• 4.1 控制电路20-23
• 4.1.1 单片机最小系统20-22
• 4.1.2 电压转换与控制电路22-23
• 4.1.3 数据传输电路23
• 4.2 实时时钟电路23-24
• 4.3 超声波发射电路24-26
• 4.3.1 发射信号编码电路25
• 4.3.2 发射信号调理电路25-26
• 4.4 超声波接收电路26-29
• 4.4.1 LC选频放大电路26-27
• 4.4.2 运算放大电路27-28
• 4.4.3 高速AD采样电路28-29
• 4.5 温压测量电路29-31
• 4.5.1 最小系统29
• 4.5.2 温压测量模块29-31
• 4.6 声速剖面仪实物图31-32
• 4.7 本章小结32-33
• 第5章 声速剖面仪的软件设计33-42
• 5.1 声速测量系统的软件设计33-40
• 5.1.1 声速测量系统软件的整体设计33-34
• 5.1.2 高速AD采集模块的驱动设计34-37
• 5.1.3 声速测量算法的软件设计37-40
• 5.2 温压测量模块的软件设计40-41
• 5.3 本章小结41-42
• 第6章 电路调试与实验结果42-47
• 6.1 硬件调试42-43
• 6.1.1 发射电路的调试42-43
• 6.1.2 接收电路的调试43
• 6.2 软件调试43-45
• 6.2.1 软件调试环境43-44
• 6.2.2 软件调试流程44-45
• 6.3 试验结果分析45-47
• 第7章 总结与展望47-48
• 7.1 总结47
• 7.2 展望47-48
• 参考文献48-51
• 在学期间发表的学术论文和参加科研情况51-52
• 致谢52

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本文编号：849668