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一种水声定位与通信系统的设计与实现

一种水声定位与通信系统的设计与实现

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作者：吕丹哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着人类对海洋资源开发的不断深入,依靠潜水员或水下机器人的水下活动变得愈发普遍。在水下作业时,母船或码头上的控制中心需要获取水下载体的位置并与其建立通信。本论文设计了一套兼具定位与通信功能的水声设备,采用短基线定位技术... 详细信息

随着人类对海洋资源开发的不断深入,依靠潜水员或水下机器人的水下活动变得愈发普遍。在水下作业时,母船或码头上的控制中心需要获取水下载体的位置并与其建立通信。本论文设计了一套兼具定位与通信功能的水声设备,采用短基线定位技术对目标进行定位,采用多载波多进制频移键控（MFSK）通信技术进行通信,能够实时监测水下目标的状况,对探测行为进行指挥的同时可以接收到水下单元的反馈信息,保证了水下作业的顺利进行。本论文首先对短基线定位技术的基本原理进行了理论与仿真的分析。选择了线性调频信号作为定位信号,并论证了信号的各项参数。然后根据定位模型建立了定位方程组,并且针对声速与设备机械结构的误差,提出了声速与基阵姿态的校准方法,并对定位轨迹进行后置滤波以使轨迹接近真实值。水声多载波MFSK通信的性能受多径信道的影响,声波在水下传播时会产生严重的时变、频变与空变现象。本论文首先介绍了多载波MFSK的数字调制与解调方法,引入了多普勒因子的时域与频域测量方法,并进行了多普勒补偿的理论与仿真研究。然后对信道估计技术进行介绍,补偿频率的选择性衰落。最后,论文简述了信道编码、峰均比抑制与循环前缀的技术原理,并对MFSK通信的误差进行了仿真研究。本文对上述系统进行了设计,由声基阵、水上机与应答器组成。首先设计了由四个接收阵元与一个发射帧元组成的声基阵,与以TMS320C6748型数字信号处理芯片（DSP）为核心的数字信号处理模块。然后计算了系统的收发指标,确定了系统的发射帧结构与各项参数。最后,进行了软件流程的介绍与算法的实现。在信道水池对设备进行定位与通信测试。水池实验结果表示,固定目标定位的误差符合指标,运动目标定位的轨迹能够反映真实位置,通信传输速度与误码率符合指标,可以进行稳定传输。

关键词：短基线定位多载波频分复用水声通信 DSP技术

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