水下高速目标轨迹测量系统信号处理软件设计

论文摘要

水下高速目标轨迹测量系统用于对水下高速目标的定位。四个水声浮标构成测量阵用来接收目标发出的信号,然后将检测的数据通过无线电通信发送给位于测量船上的中央显控台,中央显控台计算出目标的轨迹且给以显示。该系统具有主、被动两种工作方式,本文主要为主动工作方式下的水声信号处理软件设计。在主动工作方式下,协作目标发射的主动信号包含有CW脉冲和LFM脉冲。水声浮标的任务是检测接收到的脉冲类型和到达时刻然后传送给中央显控台。本文采用自适应滤波器检测CW脉冲的到达时刻和频率,这个过程包括两个步骤:第一步是使用自适应滤波器处理接收到的信号,第二步是对自适应滤波器输出信号使用包络幅度和瞬时频率的方差联合判决的方法搜索存在的CW脉冲及其到达时刻和频率。采用拷贝相关器检测LFM脉冲的到达时刻,这个过程也包括两个步骤:第一步是使用拷贝相关器处理接收到的信号,第二步是在拷贝相关器的输出中搜索存在的LFM脉冲及其到达时刻。同时,为避免由于多普勒效应使测量的LFM到达时刻出现偏差,利用接收到的CW脉冲的频率来重新计算拷贝相关器的参考信号。论文中,系统论述了信号处理原理和软件设计思想。在水声浮标中处理接收到的数据使用了两片TMS320VC5509A定点数字信号处理器。软件设计使用了C语言和汇编语言混合编程的方式。使用汇编语言编写了快速的拷贝相关DSP软件。使用一种快速算法在多路拷贝相关器的输出中搜索LFM脉冲,且这种方法可以抑制通道串漏。自定义了浮点数据类型及有关的运算函数用于数值计算,使得在数值计算时避免了溢出,提高了精度,同时有较快的运算速度。系统在松花湖作了实验,取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 海洋开发的重要意义
• 1.2 水声技术发展现状及其在海洋开发中的应用
• 1.3 水声定位技术的发展现状
• 1.4 立题背景和意义
• 1.5 论文研究内容
• 第2章 系统的基本原理和构成
• 2.1 水声信道的特性及其对水声定位的影响
• 2.2 水声定位的基本原理
• 2.2.1 水声定位的主动同步工作方式
• 2.2.2 水声定位的主动非同步工作方式
• 2.3 水下高速目标轨迹测量系统的特殊要求
• 2.4 系统的构成与信号处理流程
• 2.4.1 水下高速目标轨迹测量系统的构成
• 2.4.2 水下高速目标信标的脉冲序列
• 2.4.3 系统的信号处理流程概述
• 2.5 本章小结
• 第3章 水声浮标信号处理理论与仿真
• 3.1 相关检测
• 3.1.1 相关的基本原理
• 3.1.2 噪声对拷贝相关的影响
• 3.1.3 多普勒效应对拷贝相关的影响
• 3.1.4 多途对拷贝相关的影响
• 3.1.5 主动信号的相关性分析
• 3.2 自适应滤波器
• 3.2.1 自适应滤波器的基本原理
• 3.2.2 自适应滤波器在系统中的应用
• 3.2.3 直流对自适应滤波器的影响
• 3.2.4 多途对自适应滤波器的影响
• 3.3 本章小结
• 第4章 水声浮标信号处理软件设计
• 4.1 DSP器件和开发环境简介
• 4.1.1 TMS320VC5509A处理器的性能
• 4.1.2 开发环境简介
• 4.1.3 C语言和汇编语言混合编程
• 4.2 水声浮标信号处理硬件平台和信号处理流程
• 4.2.1 水声浮标信号处理模块硬件平台
• 4.2.2 水声浮标信号处理模块的信号处理流程
• 4.3 LFM信号相关检测的软件实现
• 4.3.1 拷贝相关器的DSP软件快速实现
• 4.3.2 相关峰的快速搜索
• 4.4 CW信号检测的软件实现
• 4.4.1 自适应滤波器的软件实现
• 4.4.2 瞬时频率的数值计算
• 4.5 拷贝相关器参考信号的计算
• 4.6 信号处理模块通信有关软件设计
• 4.6.1 数据传输的软件设计
• 4.6.2 对显控台命令的响应
• 4.6.3 实时水声数据的上传
• 4.7 本章小结
• 第5章 湖上实验
• 5.1 实验方案
• 5.2 LFM脉冲检测实验
• 5.3 CW脉冲检测实验
• 5.4 多脉冲序列检测实验
• 5.5 多浮标定位实验
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢