一種適用于AUV的超短基線定位系統(tǒng)的硬件設計.pdf

1、水下自主潛器(AUV)活動范圍大，并且適于深水作業(yè)。因此，人們在越來越多開始逐漸選擇利用AUV進行深水條件下的礦產(chǎn)勘探，但是受制于水下多種環(huán)境因素的限制，AUV需要定期回歸支持平臺進行能源補充。在其回收過程中，主要依靠內(nèi)部的慣性導航系統(tǒng)、聲學定位系統(tǒng)以及多普勒計程儀等設備完成聯(lián)合導航的任務。
　　為了實現(xiàn)適用于AUV水下對接的超短基線設備，系統(tǒng)采用了將換能器和硬件處理平臺封裝在同一殼內(nèi)的集成化結(jié)構(gòu)。相較于以往的分離式結(jié)構(gòu)，設備在結(jié)

2、構(gòu)更緊湊，但也為硬件電路設計帶來了難度，在電路設計時需要充分考慮系統(tǒng)對于體積和功耗的限制，在不影響系統(tǒng)定位性能的前提下，需要盡量選取低功耗和小體積的設計方案。同時，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對水下定位數(shù)據(jù)信息的備份，電路系統(tǒng)中還專門設計了數(shù)據(jù)存儲電路。
　　整個硬件平臺按照功能的不同主要分為四個部分：接收單元、發(fā)射單元、信號處理單元以及數(shù)據(jù)存儲單元。其中，接收單元主要負責將水聽器接收到的微弱電信號進行放大和濾波以適于處理單元進行信號處理。論文中

3、對于增益可控的放大電路、有源濾波電路及光耦隔離電路的原理進行分析，并給出了符合論文技術(shù)指標要求的電路設計。發(fā)射單元的主要作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為大功率脈沖信號，并通過換能器輻射到水中，為了滿足小體積和大功率的要求，論文中的發(fā)射單元采用了D類功率放大電路的設計。論文對于MOSFET選型的原則、MOSFET驅(qū)動電路的特點、變壓器的參數(shù)設計以及阻抗匹配等問題進行了分析，并給出了符合本文技術(shù)指標要求的電路設計。數(shù)據(jù)存儲單元主要負責在系統(tǒng)工作期間，

4、完成對原始數(shù)據(jù)的存儲。
　　信號處理單元為系統(tǒng)的核心部分，其采用的處理器為 Cyclone II系列 FPGA EP2C8Q208I8和兩片定點DSP處理器TMS320C6416，并且，根據(jù)DSP功能的不同，將其分為主片DSP和從片DSP。其中，F(xiàn)PGA在系統(tǒng)中主要負責AD信號采集、FIR濾波、數(shù)據(jù)傳輸、同步信號產(chǎn)生、系統(tǒng)工作模式配置等功能，從片 DSP主要負責對 FPGA傳輸過來的數(shù)據(jù)進行處理，計算得到時延估計值，并將結(jié)果通過多