超短基线阵在水雷目标探测与定位上的应用研究
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摘要
本论文主要研究将超短基线被动声定位理论实际的应用到水雷的被动目标探测与定位上。
论文从被动声定位的基本理论出发，根据水雷的具体外形特点，选取四元方阵作为研究对象。首先论述了现有超短基线被动声定位系统的基本理论，紧接着深入研究了几种典型的四元方阵的定位模型，通过性能对比、精度分析，讨论得出了最优的定位模型。
本论文采用广义互相关法作为时延估计方法，对现有的多种算法作了分析研究，并通过对比仿真得出了最优算法。
最后，论文重点论述了基于DSP的被动声定位硬件系统的设计与实现。包括整个系统的芯片选择、电路设计、硬件调试以及软件设计、算法实现，并验证了软硬件的正确性。
The application of the ultra-short baseline theory to detect and localization of the mine is mainly researched in this dissertation.
Based on the basic theory of the passive and the shape character of the mine, The four cell square lineup is choosed to be researched. Firstly , The basic theory of the ultra-short baseline system is dissertated. And then, several typical localization model of four cell lineup is analyzed and investigated thoroughly. A optimal localization model is educed by contrasting performance and analyzing precision.
The generalized correlation method is choosed as the method of time delay estimation in this dissertation. And a optimal arithmetic is educed by analyzing and contrasting many arithmetics at present.
At last but not the least, the software and the hardware of the passive acoustic localization DSP system is dissertated emphatically, including the choice of chip, design of the circuit debugging of the hardware, design of the software and the realization of arithmetic. And validate the correctness of the software and the hardware.
论文从被动声定位的基本理论出发，根据水雷的具体外形特点，选取四元方阵作为研究对象。首先论述了现有超短基线被动声定位系统的基本理论，紧接着深入研究了几种典型的四元方阵的定位模型，通过性能对比、精度分析，讨论得出了最优的定位模型。
本论文采用广义互相关法作为时延估计方法，对现有的多种算法作了分析研究，并通过对比仿真得出了最优算法。
最后，论文重点论述了基于DSP的被动声定位硬件系统的设计与实现。包括整个系统的芯片选择、电路设计、硬件调试以及软件设计、算法实现，并验证了软硬件的正确性。
The application of the ultra-short baseline theory to detect and localization of the mine is mainly researched in this dissertation.
Based on the basic theory of the passive and the shape character of the mine, The four cell square lineup is choosed to be researched. Firstly , The basic theory of the ultra-short baseline system is dissertated. And then, several typical localization model of four cell lineup is analyzed and investigated thoroughly. A optimal localization model is educed by contrasting performance and analyzing precision.
The generalized correlation method is choosed as the method of time delay estimation in this dissertation. And a optimal arithmetic is educed by analyzing and contrasting many arithmetics at present.
At last but not the least, the software and the hardware of the passive acoustic localization DSP system is dissertated emphatically, including the choice of chip, design of the circuit debugging of the hardware, design of the software and the realization of arithmetic. And validate the correctness of the software and the hardware.
引文
1. Bernard Xerri, Jean-Francois Cavassilas,Bruno Borloz. Passive tracking in underwater acoustic. SIGNAL processing. 6 June 2001.1067-1085
2. C Y WUU, A E Pearson. On time delay estimation involving received signals. IEEE. Trans. ASSP, 1984, 32(4): 829-835
3. C H Knapp, G C Karter. The generalized correlation method for estimation of time delay. IEEE. Trans. ASSP. 1988, 36(11): 1706-1713
4. A G Piersal. Time delay estimation using phase data. IEEE. Trans. ASSP., 1981, 29(3)
5. ZHAO Zhen, HOU Ziqiang. The generalized phase spectrum for time delay estimation. ICASSP. 1984:46.2.1-46.2.4
6. C L Nikias, R Pan. Time delay estimation in unknown Gaussian spatially correlated noise. IEEE. Trans. ASSP., 1988, 36(11)
7. G C Karter. Time delay estimation for passive sonar signal processing. IEEE. Trans. ASSP., 1981, 29(3)
8. A H Quazi. An overview on the time delay estimation in active and passive systems for target localization. IEEE. Trans. ASSP., 1981, 29(3)
9. CHENG-YUNN WUU,A E PEARSON. On time delay eatimation involving received signals. IEEE. Trans. ASSP., 1984, 32(4)
10．毛卫宁 水下被动定位方法回顾与展望 东南大学学报 第31卷第6期 2001，11
11．吴永亭 周兴华 杨龙 水下声学定位系统及其应用 海洋测绘 第23卷第4期
12．粟苹 施聚生 崔占忠 被动声定位系统的设计与应用 北京理工大学学报 Vol．14 No S1 Oct．1994
13．张元 陈庆生 吴喜录 被动声定位系统的计算机仿真 现代引信 1996年第1期
14．曹全林 关平 超短基线声定位系统 声学技术
15．冯守珍，吴永亭，唐秋华．超短基线声学定位原理及其应用．海岸工程．2002年12月
16．荀钧姑，郭纪捷．深海超短基线声学定位系统计算目标水平距离的一种新方法．Vol．16，No．4 Dec，1997
17．张玉册，梁开龙，朱广成．一种用于短基线水声定位的改进模型．Vol．22，No．2 Mar，2002
18．宋晓勤 毛卫宁 一种水下目标被动定位算法 声学与电子工程 1997年第3期
19．蔡宗义 赵俊渭 陈华伟 许学忠 两种声学基阵被动定向性能的研究 2003年第2期
20．贾云得 冷树林 刘万春 裴洪安 四元被动声敏感阵列定位模型分析和仿真 兵工学报 第22卷第2期 2001年5月
21．张向晖 声测定位原理及误差分析 电声技术 1997，3
22．马晓民 田路 高精度超短基线定位系统的分析与仿真 总第65期 2002年第1期
23．吴喜录 陈庆生 张元 程翔 目标声定位时延估计的对比研究 现代引信 1996年第4期
24．杨亦春 程翔 陈庆生 提高时延估计精度的方法研究 南京理工大学学报 第23卷第6期
25．石践 胡延平 李广森 被动声定位的一种时延模型 声学与电子工程 总第47期
26．王昭 李宏 施坤林 赵俊渭 小基阵高精度时延估计方法研究 西北工业大学学报 2000年2月第18卷第1期
27．黄建人．基于声程差的多通道广义相关时延估计及其DSP实现．声学学报．1996，21(3)：280-285
28．楼顺天，于卫，闫华梁．MATLAB程序设计语言．西安电子科技大学．1999．
29．张志勇，徐彦琴等．MATLAB教程—基于6.x版本．北京航空航天大学出版社
30．楼顺天，李博菡．基于MATLAB的系统分析与设计——信号处理．西安电
子科技大学出版社．2000．
31．李强，赵伟．MATLAB数掘处理与应用．国防工业出版社．2001，1
32．宗孔德，胡广书．数字信号处理．清华大学出版社．1988．
33．胡广书．数字信号处理——理论、算法与实现．清华大学出版社．2001．
34．吴兆熊，黄振兴，黄顺吉．数字信号处理(下册)．西安交通大学
35．胡大可 《MSP430系列FLASH型超低功耗16位单片机》北京航空航天大学出版社，
36．魏小龙《MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例》北京航空航天大学出版社，
37．苏涛 蔺丽华 卢光跃 张林让《DSP实用技术》 西安电子科技大学出版社 2002
38．张雄伟，陈亮，许光辉．《DSP集成开发与应用实例》，电子工业出版社
39．张雄伟，曹铁勇．《DSP芯片的原理与开发应用》(第二版)．电子工业出版社
40．《Xicor非易失性器件使用手册》．P&S，武汉力源电子股份有限公司 1996
41. 《TPS73HD301, TPS73HD318, TPS73HD325 DUAL-OUTPUT LOW-DROPOUT VOLTAGE REGULATORS》, TEXAS INSTRUMENTS, 1998
42. TMS320VC5501/5502/5509/5510 DSP Multichannel Buffered Serial Port (McBSP) Reference Guide, TEXAS INSTRUMENTS, 2003
43. Using the TMS320C5509/C5509A USB Bootloader, TEXAS INSTRUMENTS, 2003
44. TMS320C55x DSP CPU Reference Guide, TEXAS INSTRUMENTS, 2001
45. TMS320C55x DSP Peripherals Reference, TEXAS INSTRUMENTS, Guide, 2001
46. Code Composer Studio User's Guide. Texas Instruments Inc. 2000
47．田婉逸，张效民．信号检测与估值．西北工业大学出版社．1989
48．相敬林，王海燕．微弱信号检测技术与近感系统．西北工业大学出版社．
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42. TMS320VC5501/5502/5509/5510 DSP Multichannel Buffered Serial Port (McBSP) Reference Guide, TEXAS INSTRUMENTS, 2003
43. Using the TMS320C5509/C5509A USB Bootloader, TEXAS INSTRUMENTS, 2003
44. TMS320C55x DSP CPU Reference Guide, TEXAS INSTRUMENTS, 2001
45. TMS320C55x DSP Peripherals Reference, TEXAS INSTRUMENTS, Guide, 2001
46. Code Composer Studio User's Guide. Texas Instruments Inc. 2000
47．田婉逸，张效民．信号检测与估值．西北工业大学出版社．1989
48．相敬林，王海燕．微弱信号检测技术与近感系统．西北工业大学出版社．