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激光探测水下目标方法研究

作　者: 陈洁
导　师: 方尔正
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 激光声纳探测直接强度调制法信号采集
分类号: TB566
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 214次
引　用: 2次
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内容摘要

激光作为一种具有高亮度、高准直度的光源,被广泛地应用在各种领域,而激光测量手段与声纳技术相结合的方法作为一种新兴的探测技术,近年来也受到了普遍关注。本文阐述了目前水下目标激光声纳探测的基本原理和发展概况。文中推导了水面微波的一维理论模型,研究了在水—空气交界面处的声信号反射与折射问题,给出了水表面质点振速、位移与水下目标辐射声信号之间的关系。在此基础上,本文阐述了激光直接强度调制法探测水下目标的基本原理,给出了目前激光声纳探测系统的大致探测能力。通过仿真获得了不同声源级与频率的水下信号在激光声纳探测中的表现。依据上述原理,作者设计了基于激光直接强度调制法的激光声纳探测系统,包含光学、机械和电路等三个主要部分。系统采取调制光源作为探测信号,采用光敏二极管面阵作为接收组件,大大提高了系统的灵敏度和抗干扰能力。文中还给出了采用ARM嵌入式处理器结合嵌入式实时操作系统构建的激光探测信号采集系统。最后,作者利用所设计的激光声纳探测系统进行了在空气中实验和消声水池实验,得到了平静水面和有剧烈干扰条件下的测试数据。数据处理结果表明,利用激光直接强度调制法探测水表面微波是可行性的,所设计的激光声纳探测系统具有一定的实用性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 论文的背景和意义  9-10
  1.2 激光声纳探测技术的发展  10-11
  1.3 激光探测水下目标的方法  11-14
  1.4 本论文的主要研究内容  14-15
第2章激光声纳探测理论研究  15-29
  2.1 水表面微波理论  15-18
    2.1.1 水表面微波的一维理论模型  16-17
    2.1.2 理论模型的分析  17-18
  2.2 水-空气界面理论模型  18-25
    2.2.1 平面波在水-空气界面的反射和折射  18-22
    2.2.2 水表面质点振速、位移与水下声源频率的关系  22-25
  2.3 激光直接强度调制法测量水表面微波  25-27
    2.3.1 激光直接强度调制法基本原理  25-26
    2.3.2 水声信号的幅度调制理论  26-27
  2.4 本章小结  27-29
第3章激光探测系统设计  29-44
  3.1 系统总体结构设计  29
  3.2 光-电系统设计  29-35
    3.2.1 激光发射模块  30-32
    3.2.2 激光接收模块  32-35
  3.3 模拟信号处理电路设计  35-42
    3.3.1 模拟信号处理电路整体设计  35-36
    3.3.2 电流-电压转换电路设计  36-37
    3.3.3 放大电路设计  37-38
    3.3.4 滤波电路设计  38-41
    3.3.5 检波电路设计  41-42
  3.4 本章小结  42-44
第4章信号采集系统设计  44-64
  4.1 信号采集系统总体结构设计  44-45
  4.2 嵌入式系统简介  45-51
    4.2.1 嵌入式处理器简介  46-48
    4.2.2 嵌入式操作系统简介  48-50
    4.2.3 嵌入式软件的开发  50-51
  4.3 ARM处理器概述  51-56
    4.3.1 ARM体系结构  51-53
    4.3.2 LPC2292简介  53-55
    4.3.3 ARM开发环境与调试系统  55-56
  4.4 信号采集系统的软件实现  56-63
    4.4.1 嵌入式实时操作系统uCOS-II简介  56-57
    4.4.2 uCOS-II在ARM7上的移植  57-58
    4.4.3 应用程序设计  58-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章实验与数据处理  64-70
  5.1 空气中测扬声器喇叭的振动实验  64-66
    5.1.1 实验概况  64
    5.1.2 实验结果及分析  64-66
  5.2 水池中测量水表面微波实验  66-68
    5.2.1 实验概况  66-67
    5.2.2 实验结果及分析  67-68
  5.3 本章小结  68-70
结论  70-72
参考文献  72-75
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  75-76
致谢  76

激光探测水下目标方法研究

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