水声定位信标及多任务检测电路设计_硕士学位论文.pdf

分类号:TB567 单位代码:10110
学号:s20090366


中北大学
硕士学位论文

水声定位信标及多任务检测电路设计




硕士研究生杨海
指导教师张丕状
学科专业通信与信息系统




2012 年 4 月 24 日
图书分类号 TB567 密级非密
UDC 注 1_______________________________________________________________


硕士学位论文

水声定位信标及多任务检测电路设计




指导教师张丕状
申请学位级别工学硕士
专业名称通信与信息系统
论文提交日期 2012 年 4 月 24 日
论文答辩日期 2012 年 6 月 3 日
学位授予日期________年______月___日
论文评阅人_______夏路易__ 郭兴龙__ ______
答辩委员会主席_______孙志毅___ _______ __




2012 年 4 月 24 日
原创性声明

本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在指导教师的指导下,独
立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含
其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡
献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人
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论文作者签名: 日期:

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后遵守此规定)。

签名: 日期:
导师签名: 日期:
中北大学学位论文
水声定位信标及多任务检测电路设计
摘要
随着人类在海洋活动范围和活动频度的增加,以及对海洋开发需求的不断增长,水
声定位技术越来越受到国内外众多学者的重视。然而,传统的水声定位系统布设困难、
校准难度大,随着待测目标数目的增多,系统定位实时性下降、设备复杂度增高。
本文针对水下分布式测试系统中多个测试节点的定位问题,构建了基于码分多址、
无需锚节点的长基线定位模型。为提高定位系统的扩展性和实时性,采用码分复用方式
设计了定位信标;并且将定位信标的检测前移至节点,在节点中对定位信标进行检测识
别得到各个定位信标的时延估计,将其直接回传到数据控制中心用于定位。从而达到减
少节点数据存储量,缩短定位数据回传至数据控制中心的时间,进一步提高系统定位实
时性的目的。
本文主要内容包括:首先,对节点水声定位特点进行了介绍,进而对系统的组成、
定位流程和定位算法以及水中声速进行了详细说明;其次,结合水声信道和节点定位特
点,设计了基于码分多址的水声定位信标及其逻辑产生电路,信标以 m 序列为信源地
址码进行 OOK 调制;最后,本文的核心内容是根据定位信标特点,以 FPGA 为平台设
计实现了定位信标的检测算法,即采用先 m 序列码元匹配检测、后 m 序列相关的方法
对信号进行识别;通过对序列和码元时延估计精度的比较,信号起始码元的时延估计精
度最高,因此选择其作为信号的时延估计。
仿真和实验结果表明:定位信标及其检测电路满足设计要求,在信号可检测条件下
节点能够对接收的定位信标进行准确、实时的检测识别,信号的时延估计误差小于
200us。

关键词:水声定位,码分多址,多任务检测,时延估计,FPGA
中北大学学位论文
The Design of Acoustic Positioning Signal and Multi-User
Detection Circuit
Abstract
With the increase of the scope and frequency of the human activities in the ocean, and
the growing demand for ocean development, acoustic positioning technology were received
more and more attention of foreign and domestic scholars. However, the
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