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水声导航系统收发单元软硬件设计与实现
| 论文题名： | 水声导航系统收发单元软硬件设计与实现 |
| 关键词： | 水声导航系统;收发单元;硬件设计;软件开发 |
| 摘要： | 无论是在对海洋的开发探索还是在捍卫海洋领土与防范外来军事力量方面，都离不开水下声学定位导航技术，为水下合作目标提供高精度、稳定的导航信息一直是水下声学导航技术的重点和难点，具有重要研究意义。本文基于长基线定位导航系统以及GPS卫星导航原理设计了一套适用于水下GPS导航的水声导航系统，完成了系统的硬件电路设计及软件程序设计，并通过实验验证了系统的稳定性与可靠性。 本文设计的长基线水声导航系统基于ZYNQ-7020核心板，将水面无人船的高精度位置坐标调制成水声导航信号通过发射换能器发给水下合作目标，水下目标采集到信号后根据时延解调出所发坐标信息，并将译码结果以及信号传输时延转发至DSP解算平台解算出自身位置坐标，水下目标通过定位结果实时调整自身航向或航速等航行参数，实现水下导航。 水声导航系统的设计可分为硬件设计和软件设计。硬件设计根据系统的功能需求及设计指标，以处理核心ZYNQ-7020核心板展开设计，搭配各种模块及接口的电路设计，完成串口数据收发、网络数据收发、数据存储转发、信号采集等功能，实现了系统对硬件的需求，为软件实现提供了基础。系统的软件设计主要分为三个部分，厘米级差分定位模块、信号调制发射模块和信号接收预处理模块。厘米级差分定位模块通过访问云端千寻位置的千寻知寸服务器获取原始差分数据，完成了厘米级差分定位信息的获取以及相对高斯坐标的转换;信号调制发射模块完成了Pattern时延差编码信号的周期性调制，根据生成的信号调制网表及无人船坐标等参数输出两路互补对称、占空比可调的方波信号，将其输入至D类功放放大后经发射换能器发出;信号接收预处理模块完成了信号采集、时延估计译码、数据存盘和转发等功能，通过对接收信号进行拷贝相关得到信号的传输时延以及相邻信号之间的时延差，对时延差进行译码判决得出所发出的水面无人船坐标信息，将其和传输时延一同转发至DSP解算平台进行解算。 本文完成了水声导航系统的硬件设计，包括电路原理图设计，实现了串口、网口等接口的数据传输，将设备定位精度提高至厘米级，完成了Pattern时延差编码信号的周期性调制和信号的接收预处理等功能，最后通过水池实验、湖试实验验证了系统的整体可行性和可靠性。 |
| 作者： | 吴长华 |
| 专业： | 电子与通信工程 |
| 导师： | 王逸林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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