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水声超短基线定位系统收发单元设计

作　者: 周跃涛
导　师: 冯海泓
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 超短基线定位 FPGA DSP 光纤通信
分类号: U666.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 325次
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内容摘要

超短基线定位系统在海洋科学领域应用十分广泛。国外也由一些超短基线定位设备。本论文的选题背景是“十五”国家高技术研究发展计划(863计划)海洋资源开发技术主题中的“长程超短基线定位系统研制”,其研制的目的就是研制具有自主知识产权的超短基线定位系统。长程超短基线定位系统是利用水下五个装有应答器的目标发出应答信号,根据接收基阵收到的信号的相位差进行定位。这套系统主要由水下应答器、传载水下声头和船载主控机组成。本论文的研究工作主要是长程超短基线定位系统中传载水下声头内收发单元的硬件设计与实现。声头内收发单元的硬件主要包括模拟接收机和数字信号处理机以及功放机。这部分硬件需要完成的功能是:接收来自主控机的指令向应答器发射相应的询问信号;接收来自应答器的应答信号,解算出各接收阵元对于某一应答信号的相位差并上传主控机。本论文中需要解决的问题主要有:多通道间幅度和相位的一致性问题;整机的噪声设计问题;实时高速信号处理问题;高速数据传输问题等。本文采用了光耦隔离等降噪技术。本设计使用了高速信号处理芯片DSP和大规模可编程门阵列FPGA,来解决实时高速信号处理问题。另外本设计采用光纤通信技术解决高速数据传输问题。

全文目录

第1章绪论  10-19
  1．1 课题背景和意义  10-11
  1．2 水声定位技术简介  11-12
  1．3 长程超短基线定位系统简介  12-15
    1．3．1 系统概述  12-13
    1．3．2 系统功能及指标要求  13-15
  1．4 数字信号处理器和可编程门阵列FPGA发展概述  15-17
    1．4．1 数字信号处理器发展概述  15-16
    1．4．2 可编程门阵列FPGA和EDA技术发展概述  16-17
  1．5 本系统声头内部硬件组成  17
  1．6 本论文的主要研究内容  17-19
第2章超短基线定位原理  19-30
  2．1 引言  19
  2．2 长程超短基线定位原理  19-29
    2．2．1 典型超短基线定位原理  19-21
    2．2．2 改进阵型后的定位原理  21-23
    2．2．3 精度分析  23-24
    2．2．4 相位差估计  24-28
    2．2．5 信号检测  28-29
  2．3 本章小结  29-30
第3章收发单元总体硬件设计  30-39
  3．1 引言  30
  3．2 设计需求分析  30-36
    3．2．1 声头内部收发单元的主要任务  30
    3．2．2 输入输出接口分析  30-31
    3．2．3 输入信号动态范围分析  31
    3．2．4 模拟接收机硬件需求分析  31-34
    3．2．5 数字信号处理机硬件需求分析  34-36
  3．3 声头内部收发单元硬件总体结构  36-37
    3．3．1 收发单元硬件总体结构  36-37
    3．3．2 底板的硬件设计  37
  3．4 本章小结  37-39
第4章模拟接收机硬件设计  39-57
  4．1 引言  39-40
  4．2 差分单端转换电路设计  40-42
    4．2．1 电路结构设计  40-41
    4．2．2 芯片选择  41-42
  4．3 放大电路设计  42-44
    4．3．1 前级电路结构设计  42-43
    4．3．2 后级电路结构设计  43
    4．3．3 芯片选择  43-44
  4．4 滤波电路设计  44-48
    4．4．1 芯片选择  44
    4．4．2 电路结构设计  44-47
    4．4．3 电路调试中需要注意的问题  47-48
  4．5 光耦隔离电路设计  48-50
    4．5．1 芯片选择  48-49
    4．5．2 电路结构设计  49-50
    4．5．3 电路调试中需要注意的问题  50
  4．6 监视电路设计  50-52
    4．6．1 电路结构设计  51-52
    4．6．2 电路调试中需要注意的问题  52
  4．7 电源规划  52-54
  4．8 接口设计  54
  4．9 关于通道间一致性和低噪声的考虑以及实测参数  54-56
    4．9．1 保障通道间幅度及相位一致性的一些措施  54
    4．9．2 降低电路噪声的一些措施以及实测噪声水平  54-55
    4．9．3 模拟接收机幅度及相位一致性实测水平  55-56
  4．10 本章小结  56-57
第5章数字信号处理机硬件设计  57-92
  5．1 引言  57-58
  5．2 可编程门阵列 FPGA电路设计  58-60
    5．2．1 FPGA电路设计  58
    5．2．2 FPGA下载模式  58-60
  5．3 数字信号处理器组设计  60-85
    5．3．1 处理器芯片选择  60-61
    5．3．2 TMS320VC5416简介  61-62
    5．3．3 双处理器结构中二者连接关系  62-65
    5．3．4 两片处理器联合调试  65
    5．3．5 数字信号处理器程序引导  65-68
    5．3．6 处理器DSP1与FLASH接口设计  68-71
    5．3．7 处理器DSP2与EEPROM接口设计  71-73
    5．3．8 模数转换器ADC电路设计  73-80
    5．3．9 数模转换器电路设计  80-83
    5．3．10 与主控机串口通信接口设计  83-85
    5．3．11 外同步接口设计  85
  5．4 光纤传输电路设计  85-91
    5．4．1 光电转换器  86-87
    5．4．2 光纤收发控制器  87-88
    5．4．3 数据及控制接口  88-91
  5．5 电源规划  91
  5．6 本章小结  91-92
第6章试验结果  92-94
  6．1 近距离定位试验  92-93
    6．1．1 实验目的  92
    6．1．2 实验方法及结果  92-93
  6．2 本章小结  93-94
结论  94-95
参考文献  95-97
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  97-98
致谢  98-99
附录  99

水声超短基线定位系统收发单元设计

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