水下滑翔机声矢量探测系统研究与实现

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水下滑翔机是一种基于滑翔原理的依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动状态的新型水下自治机器人,它利用水平升降翼在有攻角情况下产生的前进动力,进行锯齿形下潜和上浮;结合尾翼在有漂角的情况下产生的偏航力,实现空间螺旋运动。水下滑翔机具有续航能力强、制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点。水下滑翔机在滑翔状态噪音很低,特别适合搭载声学探测系统进行水下目标探测。  矢量水听器由传统的无指向性声压水听器和具有与频率无关的偶极子自然指向性的质点振速水听器组合而成,它可以在空间共点、同时测量声场中的声压(标量场)和振速(矢量场)信息。矢量水听器自身具有与频率无关的指向性,使用单个矢量水听器即可进行目标方位估计,弥补了传统声压阵探测低频目标时孔径大、布放不便不适于小平台应用的缺憾。  本文介绍了矢量水听器信号处理的基本理论,对比分析了几种基于单矢量水听器的DOA估计算法,研发了一套搭载于水下滑翔机的声矢量探测系统,并通过湖海试测试了系统的性能。  本文主要内容如下:  1、研究了矢量水听器信号处理的基本理论。讨论了相干源辐射声场和各向同性噪声场中声压、振速的相关性,前者中声压振速是完全相关的,后者中声压、振速是不相关的,这是声压、振速联合信息处理抗干扰的基础。介绍了单个矢量水听器振速的偶极子指向性,以及声压、振速的组合单边指向性。介绍了单矢量水听器DOA估计的各种方法并进行了仿真分析。  2、综合考虑成本、处理能力、功耗要求、集成度、开发周期、技术难度等因素,设计实现了基于ADSP-BF548的探测系统硬件平台。  3、详细研究了向ADSP-BF548嵌入式平台移植uClinux操作系统的方法,并成功向该平台移植了u-boot和操作系统内核。基于linux C开发了uClinux操作系统下的矢量声探测系统软件。  4、论文最后给出了本系统应用于某水下滑翔机的湖海试结果,分析了其探测性能。
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