基于潜标DAQ系统的关键技术研究
发布时间：2021-01-03 20:48
为了维护我国海洋主权,国家一直致力于发展海洋环境观测技术,而远海、深海的这类海洋环境的观测手段仍在起步阶段。潜标,是一种能够适应远海和深海等恶劣海洋环境的重要观测设备。随着现代化潜标系统的不断发展,新型潜标停泊深度要求达到2km,运行时间3年以上,其数据存储容量需求已经超过480GB/年,潜标数据转存速率以及回收速率分别要求不低于300Mbps和1440Mbps,在如此高性能的前提下还提出了 1.8W的低功耗指标,同时在深海、远海这样恶劣的条件下还要求各级数据通信链路误码率好于10-10。潜标系统面临大容量、低功耗、高速数据传输、低误码率等各式挑战。本文主要提出了潜标系统的五种关键技术:无损数据压缩技术,既提高了近100%的数据存储容量和数据传输速率,也综合降低了近50%的系统功耗;SD卡双重模式的驱动和控制技术,其中,低速SPI模式有效地降低了潜标长期运行期间的系统功耗,高速UHS-Ⅰ模式大幅提高数据转存时的传输速率;SSD存储和控制技术,可对大容量的SSD进行控制,同时理论高达6Gbps的数据传输速率以应对高速需求的回收能力;双千兆网络传输技术,可通过光纤扩展至2km进行远距离的数...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２我国西太平洋潜标回收图??１．１．２国外潜标系统的发展??
?第１章绪论???海军水下系统中心在１９７５年研制的系泊式声学潜标系统，一种海底系泊的可编??程的声学数据记录系统。１９８３年美国ＮＵＳＣ研制了多水听器数字化声学潜标系??统。??８〇年代中期，美国己开始将潜标系统用于海洋开发服务。例如，ＥＧ＆Ｇ公??司在离钻井７ｋｍ、水深１０９３ｍ处布设了潜标系统，监测内波对钻井船竖管的影??响。??１９９８年，美国正式启动了著名的“海王星”海底观测网络计划，目标建立区域??的、长期的、实时的交互式深海观测平台，在几秒到几十年的不同时间尺度、几??微米到几千米的不同空间尺度上进行多学科的测量和研宄［６］。??２０００年，法国海洋开发研宄所与ＭＡＲＴＥＣ集团合作研制的浮标Ｐｒｏｖｏｒ?ＣＴ??投入使用。该浮标比较特殊，其可以潜入水下最大２ｋｍ深度，收集海洋环境数??据，每隔约十天后自动上浮至海面，通过卫星将数据进行回收，预计下潜上浮总??循环次数约１６０次。其工作内容与潜标有很大重合度，该浮标可以运行三年以上，??预计投放数量达三千［７］，２００７年又研发了?Ｐｒｏｖｏｒ?ＣＴ３，性能进一步提升，循环??次数达２２０次，图１．３显示了该浮标与另一型号浮标的外观图。??Ｉ?ｈ??图１．３浮标Ｐｒｏｖｏｒ?ＣＴ３和Ａｒｖｏｒ原型图??３??
?第１章绪论???ｘ?／??４夕??／－；……－１?ｆ?ｔｙ??／言水下潜＃言?￡?ｙ／??图１．４无线实时传输潜标系统示意图??现阶段的潜标系统主要以潜标上浮连接数据接收终端和水下机器人对接后通??过光缆连接数据接收终端回收数据两种回收工作方式为主。无线实时通讯潜标??应用相对较少，不过其数据传输由单一的储存读取转向为卫星通讯、无线电通??讯方式发展，是我国潜标观测技术的进步和下一步方向，目前无线实时通讯潜??标技术还在发展中，性能和作用领域虽然有限但前景广阔［１４］。??我国海洋观测研宄起步晚，设备和技术与发达国家差距较大，目前初步建立??的观测网还无法满足长期、连续、广海域、深海域的观测需求。??１．１．４潜标系统面临的挑战??（１）低功耗的系统设计??整个潜标系统由电池供电，为了在深海、远海的工作环境下获得更多海洋??观测信息和数据，同时也为了降低投放和回收成本，潜标需要长期工作三年时??间。潜标系统的低功耗设计，尤其是具有较高性能的潜标系统的低功耗设计是??目前面临的最大挑战。??（２）更大的数据存储容量??潜标的回收数据时间一般为一至三个月，而深海、远海潜标的回收数据时??间一般长达一年回收一次，这表明潜标数据存储量非常庞大。并且随着现代传??感器的不断发展，同时为了获得更高精度、更广探测范围和数据采集信息的完??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于北斗卫星的潜标数据回收技术研究[J]. 刘自强,蔡文郁,张鹏鹏. 电子科技. 2019(08)
[2]深海潜标观测数据无线实时传输系统设计[J]. 徐立军,侯朝焕,鄢社锋,张震,曾迪. 电信科学. 2018(06)
[3]西太平洋深海科学观测网的建设和运行[J]. 汪嘉宁,王凡,张林林. 海洋与湖沼. 2017(06)
[4]海洋环境监测技术研究[J]. 于建军. 绿色科技. 2016(16)
[5]基于潜标的水声信号数据采集系统[J]. 邢攸广,王振,刘振江,项顼,于砚廷,许岩. 测控技术. 2015(02)
[6]基于水声潜标应用的数据采集及大容量存储系统设计[J]. 冯师军,王磊,董力平,李启虎. 应用声学. 2014(01)
[7]海洋潜标数据采集系统的设计实现与试验测试[J]. 王振,刘振江,崔浩,许岩,厉运周. 海洋技术. 2013(04)
[8]海洋观测技术现状综述[J]. 尹路,李延斌,马金钢. 舰船电子工程. 2013(11)
[9]无线/水声通信浮标技术研究及其实现[J]. 周建清,郭中源,贾宁,黄建纯,吴玉泉,陈庚. 应用声学. 2012(06)
[10]基于FPGA的SATAⅢ控制器的实现[J]. 牛戴楠,李江涛,周仟. 雷达与对抗. 2012(03)
博士论文
[1]ATLAS sTGC前端电子学测试关键技术研究[D]. 路后兵.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]基于FPGA的SATA3.0主机端控制器的设计[D]. 刘赞.河北大学 2016
[2]基于FPGA的SD UHS-Ⅱ卡控制器设计与实现[D]. 王亚军.武汉理工大学 2014
[3]基于潜标的数据采集与存储系统的设计与实现[D]. 刘鸿飞.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：2955464
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２我国西太平洋潜标回收图??１．１．２国外潜标系统的发展??
?第１章绪论???海军水下系统中心在１９７５年研制的系泊式声学潜标系统，一种海底系泊的可编??程的声学数据记录系统。１９８３年美国ＮＵＳＣ研制了多水听器数字化声学潜标系??统。??８〇年代中期，美国己开始将潜标系统用于海洋开发服务。例如，ＥＧ＆Ｇ公??司在离钻井７ｋｍ、水深１０９３ｍ处布设了潜标系统，监测内波对钻井船竖管的影??响。??１９９８年，美国正式启动了著名的“海王星”海底观测网络计划，目标建立区域??的、长期的、实时的交互式深海观测平台，在几秒到几十年的不同时间尺度、几??微米到几千米的不同空间尺度上进行多学科的测量和研宄［６］。??２０００年，法国海洋开发研宄所与ＭＡＲＴＥＣ集团合作研制的浮标Ｐｒｏｖｏｒ?ＣＴ??投入使用。该浮标比较特殊，其可以潜入水下最大２ｋｍ深度，收集海洋环境数??据，每隔约十天后自动上浮至海面，通过卫星将数据进行回收，预计下潜上浮总??循环次数约１６０次。其工作内容与潜标有很大重合度，该浮标可以运行三年以上，??预计投放数量达三千［７］，２００７年又研发了?Ｐｒｏｖｏｒ?ＣＴ３，性能进一步提升，循环??次数达２２０次，图１．３显示了该浮标与另一型号浮标的外观图。??Ｉ?ｈ??图１．３浮标Ｐｒｏｖｏｒ?ＣＴ３和Ａｒｖｏｒ原型图??３??
?第１章绪论???ｘ?／??４夕??／－；……－１?ｆ?ｔｙ??／言水下潜＃言?￡?ｙ／??图１．４无线实时传输潜标系统示意图??现阶段的潜标系统主要以潜标上浮连接数据接收终端和水下机器人对接后通??过光缆连接数据接收终端回收数据两种回收工作方式为主。无线实时通讯潜标??应用相对较少，不过其数据传输由单一的储存读取转向为卫星通讯、无线电通??讯方式发展，是我国潜标观测技术的进步和下一步方向，目前无线实时通讯潜??标技术还在发展中，性能和作用领域虽然有限但前景广阔［１４］。??我国海洋观测研宄起步晚，设备和技术与发达国家差距较大，目前初步建立??的观测网还无法满足长期、连续、广海域、深海域的观测需求。??１．１．４潜标系统面临的挑战??（１）低功耗的系统设计??整个潜标系统由电池供电，为了在深海、远海的工作环境下获得更多海洋??观测信息和数据，同时也为了降低投放和回收成本，潜标需要长期工作三年时??间。潜标系统的低功耗设计，尤其是具有较高性能的潜标系统的低功耗设计是??目前面临的最大挑战。??（２）更大的数据存储容量??潜标的回收数据时间一般为一至三个月，而深海、远海潜标的回收数据时??间一般长达一年回收一次，这表明潜标数据存储量非常庞大。并且随着现代传??感器的不断发展，同时为了获得更高精度、更广探测范围和数据采集信息的完??５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于北斗卫星的潜标数据回收技术研究[J]. 刘自强,蔡文郁,张鹏鹏. 电子科技. 2019(08)
[2]深海潜标观测数据无线实时传输系统设计[J]. 徐立军,侯朝焕,鄢社锋,张震,曾迪. 电信科学. 2018(06)
[3]西太平洋深海科学观测网的建设和运行[J]. 汪嘉宁,王凡,张林林. 海洋与湖沼. 2017(06)
[4]海洋环境监测技术研究[J]. 于建军. 绿色科技. 2016(16)
[5]基于潜标的水声信号数据采集系统[J]. 邢攸广,王振,刘振江,项顼,于砚廷,许岩. 测控技术. 2015(02)
[6]基于水声潜标应用的数据采集及大容量存储系统设计[J]. 冯师军,王磊,董力平,李启虎. 应用声学. 2014(01)
[7]海洋潜标数据采集系统的设计实现与试验测试[J]. 王振,刘振江,崔浩,许岩,厉运周. 海洋技术. 2013(04)
[8]海洋观测技术现状综述[J]. 尹路,李延斌,马金钢. 舰船电子工程. 2013(11)
[9]无线/水声通信浮标技术研究及其实现[J]. 周建清,郭中源,贾宁,黄建纯,吴玉泉,陈庚. 应用声学. 2012(06)
[10]基于FPGA的SATAⅢ控制器的实现[J]. 牛戴楠,李江涛,周仟. 雷达与对抗. 2012(03)
博士论文
[1]ATLAS sTGC前端电子学测试关键技术研究[D]. 路后兵.中国科学技术大学 2017
硕士论文
[1]基于FPGA的SATA3.0主机端控制器的设计[D]. 刘赞.河北大学 2016
[2]基于FPGA的SD UHS-Ⅱ卡控制器设计与实现[D]. 王亚军.武汉理工大学 2014
[3]基于潜标的数据采集与存储系统的设计与实现[D]. 刘鸿飞.哈尔滨工程大学 2010
本文编号：2955464
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