探鱼声呐信号处理子板软硬件设计
发布时间：2021-02-28 04:09
伴随着人类对海洋中鱼类需求的激增以及渔业与捕捞技术飞速发展,涌现出了一大批助渔设备,探鱼声呐无疑成为最具代表性的助渔设备。利用探鱼声呐不但可以对水下人眼看不到的鱼群进行较为精准的定位,还能显示出水下鱼群密度、种类等详细信息,从而大大提升了渔民对鱼群的捕捉效率,创造了极大的经济价值。随着声呐技术的不断创新,传统的单波束探鱼声呐也朝着多波束高精度的方向发展。为了适应海洋渔业市场发展需求,本文以多波束探鱼声呐系统为科研背景,完成对其信号处理子板部分的硬件设计和相关算法的软件实现,以此为国产多波束探鱼声呐设备的商品化作铺垫。本文首先对论文的研究背景和意义做了简要说明,分析了探鱼声呐工作的基本原理。在结合国内外探鱼声呐发展的情况后引出了两种探鱼声呐中常用的信号处理方法。分析两种方法后确定了本文所选用的主要算法,并根据此算法明确了本文的主要工作。然后,对论文中需要实现的算法,如相移波束形成、目标强度、鱼群数量估计、目标定位以及多普勒测速等理论做了较为详细的分析和公式推导,而且对相移波束形成和相控阵收发实现这两个较为重要的部分做了 MATLAB仿真,以确保理论的可行性。接着,根据理论分析得出的结果选...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２传统探鱼声呐作业示意图??
广泛的范围，就必须要增加波束的宽度。而波束宽度增加后会对目标距离的计算，即定??位造成极大的误差。为了弥补上述探鱼声呐的缺点，并改善我国多波束探鱼声呐多数进??口的实际情况，本文设计了一款较为实用的多波束探鱼声呐，其作业示意图如图１．３所??７Ｊｎ?〇?????渔船??＼?ｎ?少??秦、?令一鱼群??／?＼?（：＝：：）—声波投影??图１．３探鱼声呐作业示意图??从本设计中的声呐系统工作示意图可以看出，即使鱼群没处于渔船的航线上，声呐??仍然可以对目标进行探测，而且通过对前、后、左、右四个方向上波束的回波数据进行??处理并分析后，可以获得较为精确的鱼群位置。通过接收到的回波信号与发射信号之间??的时间间隔，可以计算出探测到的鱼群的位置，其基本计算公式为［８］：??ｈ?＝?—ｘｖｘ?Ａｒｘｃｏｓ＾?（１－１）??２??其中，Ａ表示鱼群深度，ｖ为水中声速，Ａ／为接收与发射信号之间的时间间隔，０为波??束与法线之间的夹角。??此声呐的换能器被制作成了收发合置的形式，并采用了四波束詹纳斯配置的相控??阵。采用相控阵主要是为了更好的控制各个波束之间的相位，以保证波束之间的对称性??和一致性。一般来说相控阵的基阵尺寸较小较
其性能更加优越，但是相应的价格也比较昂贵。例如比较流行的美国ＨＵＭＭＩＮＢＩＲＤ公??司的７８８ＣＸＡ探鱼仪［１４］，其探测深度可达４５０米，并具有深度警报、夜钓灯、图像放大、??快照和记录视图、航海日志、鱼群辨认和ＧＰＳ等功能，如图１．４所示。该探鱼仪价格十??分昂贵，但是国内还很少有探鱼产品能够达到其所具有的性能。??；?＇??３８１??图１．４?７８８ＣＸＡ探鱼仪??图１．５为７８８ＣＸＡ探鱼仪作业示意图，该探鱼仪能够在两种不同的频率下工作［１５］。??当７８８ＣＸＡ工作在２００ｋＨｚ时，它的波束宽度为２０?°，此时可以提高探测精度，甚至可??以细致的显示水底结构；当其工作在８３ｋＨｚ时，它的波束宽度则变为６０?°，此时可以有??很大的横向探测范围。??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]论海洋观对中国海洋政策形成与发展的决定作用[J]. 潘新春,黄凤兰,张继承. 海洋开发与管理. 2014(01)
[2]我国海洋资源开发利用现状及趋势[J]. 郑苗壮,刘岩,李明杰,丘君. 海洋开发与管理. 2013(12)
[3]我国渔业装备与工程学科发展报告（2005—2006）[J]. 徐皓. 渔业现代化. 2007(04)
[4]多波束关键技术——波束形成原理[J]. 余平,刘方兰,肖波. 南海地质研究. 2005(00)
[5]渔业装备研究的发展与展望——写在中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所成立40周年之际[J]. 徐皓. 渔业现代化. 2003(03)
[6]声纳及其在渔业上的应用[J]. 姚桂祥. 福建水产. 1989(02)
硕士论文
[1]基于OMAP-L138的数字示波器微处理器数字系统硬件设计[D]. 付建伟.电子科技大学 2011
[2]多波束探鱼仪模拟系统实现与数字逻辑设计[D]. 李更.哈尔滨工程大学 2011
[3]双频探鱼仪显示与控制软件开发[D]. 栾忠世.哈尔滨工程大学 2009
[4]多波束探鱼仪相控阵设计及信号处理平台实现[D]. 张淑娟.哈尔滨工程大学 2009
[5]多普勒计程仪测速研究及其显示控制系统软件设计[D]. 邹海超.哈尔滨工程大学 2008
[6]多普勒计程仪信号处理设计与实现[D]. 刘华巍.哈尔滨工程大学 2008
[7]多波束探鱼仪信号采集与处理板设计与实现[D]. 张小辉.哈尔滨工程大学 2008
[8]基于LabVIEW的探鱼仪显控平台的设计与实现[D]. 郭书云.哈尔滨工程大学 2008
[9]多普勒测速技术——信号处理技术研究与实现[D]. 孙星亮.西安电子科技大学 2005
[10]时延、相移波束形成技术研究[D]. 杨蕾.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3055296
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２传统探鱼声呐作业示意图??
广泛的范围，就必须要增加波束的宽度。而波束宽度增加后会对目标距离的计算，即定??位造成极大的误差。为了弥补上述探鱼声呐的缺点，并改善我国多波束探鱼声呐多数进??口的实际情况，本文设计了一款较为实用的多波束探鱼声呐，其作业示意图如图１．３所??７Ｊｎ?〇?????渔船??＼?ｎ?少??秦、?令一鱼群??／?＼?（：＝：：）—声波投影??图１．３探鱼声呐作业示意图??从本设计中的声呐系统工作示意图可以看出，即使鱼群没处于渔船的航线上，声呐??仍然可以对目标进行探测，而且通过对前、后、左、右四个方向上波束的回波数据进行??处理并分析后，可以获得较为精确的鱼群位置。通过接收到的回波信号与发射信号之间??的时间间隔，可以计算出探测到的鱼群的位置，其基本计算公式为［８］：??ｈ?＝?—ｘｖｘ?Ａｒｘｃｏｓ＾?（１－１）??２??其中，Ａ表示鱼群深度，ｖ为水中声速，Ａ／为接收与发射信号之间的时间间隔，０为波??束与法线之间的夹角。??此声呐的换能器被制作成了收发合置的形式，并采用了四波束詹纳斯配置的相控??阵。采用相控阵主要是为了更好的控制各个波束之间的相位，以保证波束之间的对称性??和一致性。一般来说相控阵的基阵尺寸较小较
其性能更加优越，但是相应的价格也比较昂贵。例如比较流行的美国ＨＵＭＭＩＮＢＩＲＤ公??司的７８８ＣＸＡ探鱼仪［１４］，其探测深度可达４５０米，并具有深度警报、夜钓灯、图像放大、??快照和记录视图、航海日志、鱼群辨认和ＧＰＳ等功能，如图１．４所示。该探鱼仪价格十??分昂贵，但是国内还很少有探鱼产品能够达到其所具有的性能。??；?＇??３８１??图１．４?７８８ＣＸＡ探鱼仪??图１．５为７８８ＣＸＡ探鱼仪作业示意图，该探鱼仪能够在两种不同的频率下工作［１５］。??当７８８ＣＸＡ工作在２００ｋＨｚ时，它的波束宽度为２０?°，此时可以提高探测精度，甚至可??以细致的显示水底结构；当其工作在８３ｋＨｚ时，它的波束宽度则变为６０?°，此时可以有??很大的横向探测范围。??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]论海洋观对中国海洋政策形成与发展的决定作用[J]. 潘新春,黄凤兰,张继承. 海洋开发与管理. 2014(01)
[2]我国海洋资源开发利用现状及趋势[J]. 郑苗壮,刘岩,李明杰,丘君. 海洋开发与管理. 2013(12)
[3]我国渔业装备与工程学科发展报告（2005—2006）[J]. 徐皓. 渔业现代化. 2007(04)
[4]多波束关键技术——波束形成原理[J]. 余平,刘方兰,肖波. 南海地质研究. 2005(00)
[5]渔业装备研究的发展与展望——写在中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所成立40周年之际[J]. 徐皓. 渔业现代化. 2003(03)
[6]声纳及其在渔业上的应用[J]. 姚桂祥. 福建水产. 1989(02)
硕士论文
[1]基于OMAP-L138的数字示波器微处理器数字系统硬件设计[D]. 付建伟.电子科技大学 2011
[2]多波束探鱼仪模拟系统实现与数字逻辑设计[D]. 李更.哈尔滨工程大学 2011
[3]双频探鱼仪显示与控制软件开发[D]. 栾忠世.哈尔滨工程大学 2009
[4]多波束探鱼仪相控阵设计及信号处理平台实现[D]. 张淑娟.哈尔滨工程大学 2009
[5]多普勒计程仪测速研究及其显示控制系统软件设计[D]. 邹海超.哈尔滨工程大学 2008
[6]多普勒计程仪信号处理设计与实现[D]. 刘华巍.哈尔滨工程大学 2008
[7]多波束探鱼仪信号采集与处理板设计与实现[D]. 张小辉.哈尔滨工程大学 2008
[8]基于LabVIEW的探鱼仪显控平台的设计与实现[D]. 郭书云.哈尔滨工程大学 2008
[9]多普勒测速技术——信号处理技术研究与实现[D]. 孙星亮.西安电子科技大学 2005
[10]时延、相移波束形成技术研究[D]. 杨蕾.哈尔滨工程大学 2004
本文编号：3055296
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