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低功耗导航授时一体化潜标的设计与实现
| 论文题名： | 低功耗导航授时一体化潜标的设计与实现 |
| 关键词： | 一体化潜标;导航授时;同步信标;指令授时;信号处理 |
| 摘要： | 潜标作为长基线定位导航系统的重要组成部分，在水下定位、导航、通信等方面发挥着不可替代的作用。针对目前常用潜标功能单一、应用范围小、通用性差这一问题，本文提出一种可广泛应用于多种定位导航工作场景的潜标设计方案，采用导航授时一体化设计，兼顾询问-应答、同步信标、指令授时以及通信控制等多种功能，为水下目标提供多种导航授时服务。 首先，基于水下声学定位导航原理，对潜标的导航、授时工作场景进行分析，提出潜标的功能需求和技术指标要求，并在此基础上对潜标的工作模式和总体方案进行规划与设计。 之后，选取基于BPSK调制的扩频信号作为潜标主要声学信号形式，分析对比不同信号参数条件下，多径效应、多址效应以及多普勒频移对扩频信号时延估计的影响，并对信号参数进行了选取。针对FFT快速相关算法在运算效率和存储空间方面的不足，提出了一种与之等效求取包络的分步相关算法，经过对比，分步相关算法可降低95％以上的运算量和存储空间，极大的提升了时延估计的处理效率。在信号形式选取和信号处理算法研究的基础上，对潜标与目标间的水下通信过程和通信协议内容进行具体设计。 然后，根据潜标总体方案与通信协议，对潜标系统的硬件电路和软件程序进行设计并实现。在硬件电路设计实现过程中，遵循低功耗的设计原则，采用模块化的设计流程，通过低功耗芯片选型、休眠值守、动态电源管理、高效电源转换等多种方式提升系统功耗利用，降低系统功耗。在软件程序设计过程中，着重对唤醒码检测、信息码检测以及不同工作模式下的程序运行流程进行设计。 最后，低功耗导航授时一体化潜标历经实验室测试与消声水池验证，各项指标满足设计指标要求，各硬件模块配合有序，软件程序稳定可靠，具有低功耗、多功能的突出特点，可应用于深远海、大范围、高精度水下导航授时场景。 |
| 作者： | 李国柱 |
| 专业： | 水声工程 |
| 导师： | 付进 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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