一種適用于AUV的超短基線定位系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì).pdf

1、水下自主潛器(AUV)活動(dòng)范圍大，并且適于深水作業(yè)。因此，人們?cè)谠絹碓蕉嚅_始逐漸選擇利用AUV進(jìn)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(tái)進(jìn)行能源補(bǔ)充。在其回收過程中，主要依靠內(nèi)部的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、聲學(xué)定位系統(tǒng)以及多普勒計(jì)程儀等設(shè)備完成聯(lián)合導(dǎo)航的任務(wù)。
　　為了實(shí)現(xiàn)適用于AUV水下對(duì)接的超短基線設(shè)備，系統(tǒng)采用了將換能器和硬件處理平臺(tái)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(shè)備在結(jié)

2、構(gòu)更緊湊，但也為硬件電路設(shè)計(jì)帶來了難度，在電路設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮系統(tǒng)對(duì)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(shè)計(jì)方案。同時(shí)，為了能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水下定位數(shù)據(jù)信息的備份，電路系統(tǒng)中還專門設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路。
　　整個(gè)硬件平臺(tái)按照功能的不同主要分為四個(gè)部分：接收單元、發(fā)射單元、信號(hào)處理單元以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元。其中，接收單元主要負(fù)責(zé)將水聽器接收到的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大和濾波以適于處理單元進(jìn)行信號(hào)處理。論文中

3、對(duì)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(jìn)行分析，并給出了符合論文技術(shù)指標(biāo)要求的電路設(shè)計(jì)。發(fā)射單元的主要作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為大功率脈沖信號(hào)，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(shè)計(jì)。論文對(duì)于MOSFET選型的原則、MOSFET驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)、變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)以及阻抗匹配等問題進(jìn)行了分析，并給出了符合本文技術(shù)指標(biāo)要求的電路設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元主要負(fù)責(zé)在系統(tǒng)工作期間，

4、完成對(duì)原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
　　信號(hào)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(diǎn)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(fù)責(zé)AD信號(hào)采集、FIR濾波、數(shù)據(jù)傳輸、同步信號(hào)產(chǎn)生、系統(tǒng)工作模式配置等功能，從片 DSP主要負(fù)責(zé)對(duì) FPGA傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算得到時(shí)延估計(jì)值，并將結(jié)果通過多