拖曳式测量系统剖面运动控制与数据产品制作

论文摘要

目前,具备升降运动功能,搭载多种传感器的拖曳系统成为国际先进水平的代表。国家863计划项目“拖曳式多参数剖面测量系统”针对我国海域的具体情况,提出研制具备升降功能的,携带CTD,DO,PH,叶绿素荧光计,浊度计,拖曳式营养盐分析仪等监测设备的拖曳系统。该设备的研制将填补我国在先进拖曳技术领域的空白。作为我国第一种具备升降功能的拖曳系统,适合近海使用,具备快速响应、可靠性良好等特点的运动控制技术和适合多参数同步测量,具备联合计算,多源处理,图形化显示等特点的数据产品制作技术是该系统技术中两个重要组成部分。本文在拖体动力外型设计基础上,通过对拖缆、拖体运动方程及耦合条件等经典公式分析,利用流体动力试验确定参数等步骤,建立了包含升降速度,抬首速度,拖体深度,俯仰角度等控制变量的拖曳系统运动模型。由于设计拖体适用于近海,运动速度快,系统响应速度与可靠性要求高于轨迹精度要求,因此设计了一种基于PID控制器的波浪运动控制方法,并进行了仿真试验。湖试结果证明该方法能够保证拖体按照预定的深度范围,快速上升下降,完成剖面测量,拖体运动周期稳定、轨迹对称,运动状态平稳。拖曳式测量不同于传统的测量方式,拖曳测量数据产品制作方法需要充分体现拖曳式测量数据大范围、准同步的特点。本文从测量数据的获取及原始数据格式的设计入手,研究、设计了拖曳式测量数据采集通讯网络和处理软件,针对采样数据的特点设计了数据产品的关键处理技术和完整制作步骤。将该处理技术的结果与相关测量数据进行了比对,并利用海试数据进行了处理演示。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 第一章 拖曳系统发展综述
• 1.1 拖曳系统发展历史
• 1.2 主要拖曳系统产品简介
• 1.3 拖曳系统控制与数据采集技术研究进展
• 1.3.1 拖曳系统的水动力理论
• 1.3.2 拖体运动轨迹控制方法
• 1.3.3 拖曳式测量技术研究
• 1.4 拖曳系统在海洋研究中的应用
• 1.5 本拖曳系统的设计背景
• 第二章 拖曳系统运动模型分析
• 2.1 拖曳系统控制机构设计简介
• 2.1.1 拖曳系统控制设计目标
• 2.1.2 拖体外型结构设计
• 2.1.3 拖体运动控制机构设计
• 2.2 拖缆运动模型研究
• 2.2.1 拖缆运动模型研究进展
• 2.2.2 拖缆坐标系及其变换
• 2.2.3 拖缆动力平衡方程
• 2.2.4 拖缆运动方程求解
• 2.2.5 拖缆导流套设计
• 2.3 拖体运动模型研究
• 2.3.1 拖体运动模型研究进展
• 2.3.2 拖体坐标系及其变换
• 2.3.3 拖体运动六自由度数学模型
• 2.3.4 拖体受力分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 拖曳系统运动控制方法研究
• 3.1 拖体动力参数确定
• 3.2 拖曳系统运动模型线性化
• 3.2.1 运动关系线性化
• 3.2.2 线性系数导出
• 3.2.3 运动公式线性化
• 3.2.4 线性化运动模型计算
• 3.3 拖曳系统剖面运动PID 控制方法设计
• 3.3.1 剖面运动控制PID 算法设计
• 3.3.2 PID 控制参数研究
• 3.4 拖曳系统运动控制湖试
• 3.5 本章小结
• 第四章 拖曳系统数据获取技术研究
• 4.1 拖曳系统数据通讯网设计
• 4.1.1 拖曳系统通讯需求分析
• 4.1.2 拖曳系统通讯标准选择
• 4.1.3 拖曳系统通讯网络设计
• 4.1.4 拖曳系统RS-485 网络参数计算与安全设计
• 4.1.5 拖曳系统通讯协议设计
• 4.2 拖曳系统控制及数据处理软件设计
• 4.2.1 控制及数据处理软件所要解决的技术问题
• 4.2.2 控制及数据处理软件开发运行环境
• 4.2.3 控制及数据处理软件结构设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 拖曳式测量数据处理技术研究
• 5.1 拖曳测量数据标准设计
• 5.2 拖曳测量数据处理步骤设计
• 5.2.1 原始数据初处理
• 5.2.2 测量数据滤波处理
• 5.2.3 多源数据插值计算
• 5.2.4 测量数据图形显示
• 5.3 拖曳式CTD 数据比对研究
• 5.3.1 CTD 传感器测量及结构原理
• 5.3.2 测量数据比对指标及可比性分析
• 5.3.3 数据比对结果分析
• 5.4 拖曳测量数据处理方法应用示例
• 5.4.1 海试基本情况介绍
• 5.4.2 选定区域测量数据处理示例
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与讨论
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表学术论文