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多普勒计程仪测流速精度考核试验研究

舰船科学技术 2017年第5期39卷 123-128页

作者：魏世乐黄蔚杨宗元杨建罗涛王红华佘亚军武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430205

针对现有的计程仪对水测速精度考核方法抗外界干扰能力差的问题,文章提出了一种可减小风速风向和洋流影响的多普勒计程仪测流速精度考核新方法,该方法的核心思想在于"顺-逆"和"逆-顺"2个航程的计程仪速度平均矢量值与GPS速度矢量平均值... 详细信息

针对现有的计程仪对水测速精度考核方法抗外界干扰能力差的问题,文章提出了一种可减小风速风向和洋流影响的多普勒计程仪测流速精度考核新方法,该方法的核心思想在于"顺-逆"和"逆-顺"2个航程的计程仪速度平均矢量值与GPS速度矢量平均值相等。通过公式推导,给出了该方法抗洋流流速流向、风速风向等外界因素干扰的特性原理,并通过测流速误差分析计算,得到该方法相对于合速度标量消流法的高精度特性。最后,通过海上试验结果,验证了该方法的精确性和有效性。

关键词：多普勒计程仪对水测速测流误差

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宽带多普勒计程仪速度解模糊方法研究

仪器仪表学报 2010年第8期31卷 1885-1889页

作者：黄雄飞苑秉成林伟海军工程大学兵器工程系

为了解决宽带多普勒计程仪在较高速度下存在的速度模糊问题,建立了宽带多普勒计程仪的回波模型,分析了回波的自相关特性。在不改变系统结构的基础上,提出了采用回波自相关的第1个峰值位置的方法确定速度范围,并与复协方差方法结合实现... 详细信息

为了解决宽带多普勒计程仪在较高速度下存在的速度模糊问题,建立了宽带多普勒计程仪的回波模型,分析了回波的自相关特性。在不改变系统结构的基础上,提出了采用回波自相关的第1个峰值位置的方法确定速度范围,并与复协方差方法结合实现无模糊地估计速度,从而解决测速模糊问题,同时提出采用三点相关插值算法估计自相关峰的位置。最后采用湖试数据分析和数字仿真证明了这种解模糊方法的有效性。

关键词：声学多普勒计程仪相位编码速度模糊

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多普勒计程仪辅助捷联惯导初始对准技术研究

电光与控制 2013年第2期20卷 15-18页

作者：鲍桂清于飞高伟奔粤阳哈尔滨工程大学哈尔滨150001

针对捷联惯导系统初始对准精度问题,提出了一种采用多普勒计程仪辅助捷联惯导系统进行初始对准的方法。分析了多普勒计程仪测速误差的形式,建立了多普勒计程仪与捷联惯导系统的误差模型,通过输出校正的方法修正多普勒计程仪的速度信息,... 详细信息

针对捷联惯导系统初始对准精度问题,提出了一种采用多普勒计程仪辅助捷联惯导系统进行初始对准的方法。分析了多普勒计程仪测速误差的形式,建立了多普勒计程仪与捷联惯导系统的误差模型,通过输出校正的方法修正多普勒计程仪的速度信息,为惯导系统提供准确的载体速度信息,采用卡尔曼滤波进行捷联惯导系统的精对准。并对舰船匀速直航状态时,多普勒计程仪辅助捷联惯导系统的初始对准进行了仿真分析。理论分析与仿真结果表明:该方案能有效地解决舰船的初始对准问题,收敛速度较快,而且具有较高的精度。

关键词：捷联惯导初始对准卡尔曼滤波多普勒计程仪输出校正

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多普勒计程仪信号处理设计与实现

多普勒计程仪信号处理设计与实现

作者：刘华巍哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

多普勒计程仪是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测速的精密仪器。这种计程仪可测出船相对于地的绝对速度和相对于水层的速度。它的优点是可在船速较低的情况下仍具有较高的测速精度。近年来,相控阵技术的应用,使得多普勒计程仪... 详细信息

多普勒计程仪是根据多普勒效应研制的一种利用水下声波来测速的精密仪器。这种计程仪可测出船相对于地的绝对速度和相对于水层的速度。它的优点是可在船速较低的情况下仍具有较高的测速精度。近年来,相控阵技术的应用,使得多普勒计程仪无需考虑声速补偿,因而避免了声速测量带来的误差。本论文就是针对相控阵多普勒计程仪,围绕它的信号处理系统的硬件解决方案及软件框架展开的。本论文的工作主要分为三部分:数字信号处理系统的硬件设计与各接口模块电路的调试;系统DSP软件设计与实现;系统的联调以及湖上和海上试验。数字信号处理系统的核心模块设计上,以三片形成主从结构的定点DSPTMS320VC5509A为数据处理中心;应用一片CPLD完成整个系统的逻辑控制;通过扩展异步通信芯片TL16C752B实现DSP与主机的通信;通过两片串行方式ADC完成模拟数字的转换。本论文较为详细地讨论了数字信号处理系统各接口电路的设计及功能。系统信号处理软件是在上述硬件平台上实现的。在DSP软件的编写上,三片DSP程序均采用C语言混合汇编语言编程实现。实现了对发射机的控制、数据采集、信号检测、数据存储、速度的解算以及与计算机的通信等功能。本套测速系统采用的是运算量小、测频精度高的复相关测频法。本测速系统在经过多次湖试、海试后,证明系统方案正确可行,硬件电路稳定、可靠,软件运行良好。能够适应不同水深、不同的底质等复杂环境。

关键词：多普勒计程仪相控阵数字信号处理 DSP CPLD 异步通信复相关测频法

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多普勒计程仪测试平台的设计与实现

多普勒计程仪测试平台的设计与实现

作者：王冠哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

多普勒计程仪是一种目前在舰船和潜艇中广泛使用的且可以较为精密的用来测速和计算航程的导航仪器。在实航实验中对计程仪进行测试的成本高、操作复杂、工作量大,制约了计程仪的发展。通过使用LabWindows/CVI显控软件,利用NIPCI-6733采... 详细信息

多普勒计程仪是一种目前在舰船和潜艇中广泛使用的且可以较为精密的用来测速和计算航程的导航仪器。在实航实验中对计程仪进行测试的成本高、操作复杂、工作量大,制约了计程仪的发展。通过使用LabWindows/CVI显控软件,利用NIPCI-6733采集卡、NI PCI-6133采集卡,本文设计了一套多普勒计程仪测试平台,包括多普勒计程仪整机测试器、多普勒计程仪单板测试器、CAN接收软件,在实验室条件下对计程仪进行测试。多普勒计程仪整机测试器针对实验室条件下测试要求,可以模拟回波信号,由NI PCI-6733采集卡发给计程仪进行解算。通过对水深,纵向、横向速度,信号幅度等参数的设置,分别对底、对流生成不同的模拟信号,通过计程仪解算后,会在导航系统软件上显示实时信息,可以通过其观测计程仪的实时状态。多普勒计程仪单板测试器可以对计程仪发射板、接收板和数字板进行测试,由NIPCI-6733采集卡提供测试输入信号,再通过NIPCI-6133采集卡采集输出信号并分析处理,测试计程仪单板性能。CAN接收软件利用CAN总线与船上CAN网络进行通讯,获取船航行时的工作状态,并且可以对计程仪工作时的信息进行分析,了解长时间使用时的工作状态,对计程仪的精度进行验证。最后,通过联机调试,证明实验室条件下测试平台正常运行,能满足计程仪测试的要求,并且能保证较高的精度。

关键词：多普勒计程仪 LabWindows/CVI CAN总线测试

多普勒计程仪的信号处理算法研究与系统软件设计

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多普勒计程仪的信号处理算法研究与系统软件设计

作者：罗维杭州电子科技大学

学位级别：硕士

多普勒计程仪是一种利用水下声波的多普勒效应进行测速和计算航程的仪器，随着科学技术的发展和海洋开发的重视，多普勒计程仪的应用日益广泛，更高性能、更小型化的多普勒计程仪的研发受到各国高度重视。因此，本文主要研究多普勒计程... 详细信息

多普勒计程仪是一种利用水下声波的多普勒效应进行测速和计算航程的仪器，随着科学技术的发展和海洋开发的重视，多普勒计程仪的应用日益广泛，更高性能、更小型化的多普勒计程仪的研发受到各国高度重视。因此，本文主要研究多普勒计程仪的信号处理算法和上位机系统软件设计。本文首先研究基于相移束控的波束合成算法。在多普勒频率估计前，首先需对信号进行正交解调和波束合成，波束合成算法的复杂度直接影响到整个多普勒测速系统的实时性，鉴于此，从降低算法复杂度出发，利用正交解调后信号的正交性和希尔伯特变换性质，将正交解调和波束合成器作为一个模块设计，提出一种快速波束合成算法，大大降低了波束合成的复杂度。然后研究了多普勒计程仪的频率估计算法。对窄带和宽带信号多普勒频率估计采用不同正交解调的快速波束合成的复相关算法进行了详尽的性能仿真分析和比较，宽带信号多普勒频率估计的复相关算法对正交解调误差的敏感度远远低于窄带信号多普勒频率估计，但是宽带信号多普勒频率估计中复相关算法的精度仍然会受到正交解调的影响。由于宽带信号采用二相伪随机编码信号，该信号是循环平稳信号，利用其循环平稳性研究了一种基于循环统计量的多普勒频率估计方法。利用信号在循环频率处的循环互模糊函数对频率进行估计，此算法虽然复杂度较高，但是不需要对信号进行正交解调，且其精度高。最后设计实现了多普勒计程仪的上位机软件。该软件的设计平台是Windows操作系统，采用Visual C++6.0进行开发。上位机系统软件的主要功能包括串口设置、系统设置、数据显示、系统日志、系统帮助等。多普勒计程仪的上位机软件，通过RS-232C把上位机的串口和下位机单板的串口连接起来，上位机将配置参数发送给下位机，上位机把下位机所传输上来的数据进行处理计算得到多普勒频偏值，并将计算结果在界面显示区实时显示频率值和波形，方便用户进行远程实时监控。

关键词：多普勒计程仪波束合成频率估计循环平稳复相关软件设计

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多普勒计程仪测试平台的设计

多普勒计程仪测试平台的设计

作者：谢程哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

多普勒计程仪是一种比较精密的具有测速和计算航程功能的导航仪器。在未来很长的一段时期内，多普勒计程仪作为舰船尤其是潜艇的一种主要的导航设备，将会有非常广阔的发展空间。而多普勒计程仪硬件测试手段的优劣对于其规模生产具有重... 详细信息

多普勒计程仪是一种比较精密的具有测速和计算航程功能的导航仪器。在未来很长的一段时期内，多普勒计程仪作为舰船尤其是潜艇的一种主要的导航设备，将会有非常广阔的发展空间。而多普勒计程仪硬件测试手段的优劣对于其规模生产具有重要意义，从现阶段来看，计程仪中的发射机和接收机的测试平台是用示波器、信号源等测试设备搭建起来的，由于需要测试的参数多，某些参数测试过程又较为复杂，并且测试过程中经常采用手动方式进行测试仪器的设置与调节，完成测试时间长，工作量大，并且测试的参数误差存在人为因素，因此不便于进行规模化的生产。针对这一问题，本文设计了一套多普勒计程仪自动测试系统，包括发射机测试平台和接收机测试平台。发射机测试平台主要完成对发射机的输出电压进行测试，并将测试值通过数码管显示出来，同时也为发射机工作提供测试时所需要的驱动信号、同步信号以及假负载。其中驱动信号与同步信号是通过MSP430F149单片机产生的;发射电压测试是通过对电压进行衰减，并将其通过有效值转换器进行电压转换，然后经过MSP430F149片上ADC12采集，最后将处理后的测试结果显示出来。接收机测试平台主要完成接收机的中心频率、增益、上限和下限截止频率、带宽、等效输入噪声等关键技术指标的测试，同时为接收机提供所需增益控制电压与输入信号。该测试平台通过两片TMS320VC5509ADSP来实现，DSP0提供接收机所需增益控制电压与输入信号;接收机的输出信号由ADS8361进行采集，然后由DSP1完成对采集信号的处理，最后将处理结果通过串口上传至计算机，完成整个测试过程。利用测试仪器对发射机测试平台和接收机测试平台分别进行参数测试，并利用发射机测试平台对真值已知的模拟发射电压进行测试和利用接收机测试平台对参数真值已知的接收机进行测试，同时将测试结果与真值进行对比，比较结果验证了两测试平台都能够胜任测试任务。

关键词：测试平台接收机发射机多普勒计程仪 MSP430 DSP

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多普勒计程仪处理算法研究与实现

多普勒计程仪处理算法研究与实现

作者：吕冰哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

多普勒计程仪是舰船导航设备之一。随着海洋技术的发展,越来越多的国家和机构开始对它进行研究,尤其是适用于深海环境的大深度计程仪。声速补偿曾经是多普勒计程仪精度提高的一个瓶颈,相控阵的应用则从根本上消除了这一问题,使其性... 详细信息

多普勒计程仪是舰船导航设备之一。随着海洋技术的发展,越来越多的国家和机构开始对它进行研究,尤其是适用于深海环境的大深度计程仪。声速补偿曾经是多普勒计程仪精度提高的一个瓶颈,相控阵的应用则从根本上消除了这一问题,使其性能得到很大提高。本文围绕此类多普勒计程仪,从系统角度进行进一步研究。算法上,本文研究了FFT测频、过零法测频和复协方差测频三种方法,通过matlab仿真软件对它们的测频性能进行了对比。软件开发方面,在CCS环境下编写了回波信号模拟器软件,通过采用查表法缩小了DSP计算正弦函数所用的时间,实现了模拟器造数的实时性;研究了整个系统的工作流程,包括系统自检流程、不同水深情况下的回波信号搜索和跟踪算法,在CCS环境下对它们进行编程实现。在VC++6.0环境下,开发了整个系统的显控软件,实现用户与系统交互,实时显示系统工作时的波形和测频结果。数据的后续处理方面,重点研究了数据的平滑处理算法,对于野点剔除和平滑速度问题进行了深入研究。本文末尾,对湖试情况进行了介绍,根据联调和试验情况对各个算法的测频性能和适用情况进行了分析和预测。

关键词：多普勒计程仪处理算法 DSP VC++

多普勒计程仪发射机专用可调式DC-DC开关电源的设计

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多普勒计程仪发射机专用可调式DC-DC开关电源的设计

作者：李铭哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

电源是一切电子设备的基础，匹配的电源对电子设备至关重要。声纳作为重要的船用电子设备之一，其电源更要稳定可靠。本文以多普勒计程仪发射机功率控制为应用背景，设计了输出电压可调式DC-DC开关电源及其在多普勒计程仪应用中的控制... 详细信息

电源是一切电子设备的基础，匹配的电源对电子设备至关重要。声纳作为重要的船用电子设备之一，其电源更要稳定可靠。本文以多普勒计程仪发射机功率控制为应用背景，设计了输出电压可调式DC-DC开关电源及其在多普勒计程仪应用中的控制模块。为了保证多普勒计程仪在最大工作水深范围内能够正常工作，仅仅依靠接收机的增益调整是不够的，因此需要计程仪中发射机模块的发射功率具有可调功能。原计程仪中虽然通过软件方式可以改变功率，但动态范围有限，因此在浅水区的工作盲区较大。本文在原多普勒计程仪硬件的基础上将原来利用DC-DC模块输出固定电压工作模式更改为电压可调模式，但现有DC-DC模块在某些参数上不适宜应用在本型号多普勒计程仪上，因此本文将基于这一工程需求设计输出电压可调式单端正激开关电源。该电源采用集成的电源控制芯片，开关频率300kHz，在直流24V供电条件下可实现9V8V直流电压的控制输出。电源的设计主要包括输入滤波、功率变换、反馈光耦、整流滤波等电路设计。为保证电源在极限条件下不损坏声纳设备，该电源还实现了过压、欠压及其过流保护功能。同时本文对所用变压器的设计和绕制方法进行了详细的计算与讨论。根据所设计开关电源的控制方式，结合多普勒计程仪数字控制板的实际情况，本文还设计了用于多普勒计程仪发射机电源控制的模块。该控制模块利用多普勒数字板上已有的核心处理器TMS320VC5509ADSP作为主控芯片，通过和PC机的串口通信实现控制指令的传递，通过预先设定的指令含义实现对发射机电源电压的控制。该模块主要包括DSP最小系统电路、数模转换电路和串口通信电路的设计以及控制程序的编写。本文最后对电路进行了单板调试和联机调试。结果表明：电源输出稳定正常，各项指标均满足设计要求，为多普勒计程仪发射机功率控制提供了解决途径。

关键词：开关电源输出电压可调单端正激多普勒计程仪发射机