文档名：基于FPGA的水下单程声径跟踪测速系统设计与实现
摘要：针对现有水下航行体的导航存在时延大和无法同时满足跟踪测速一体化问题,提出了一种基于单程声径的水下定位测速方法.相比传统长基线的双程声径定位测距,该方法基于高精度原子钟的同步系统,实现单程声径的目标测距测速.该水下定位测速一体化系统是基于具有快速并行计算能力的FPGA实现,解算结果可在微秒内完成,时延有效降低.针对目标跟踪测速一体化问题,水下航行体在系统同步时刻周期性发射线性调频信号,水下信标接收基阵设计基于短时傅里叶变换/逆变换算法对信号进行时频域转换分析,能够准确地提取信号的到达时刻和多普勒频偏.水下信标基阵进而可在系统同步周期内解算每个接收信标单元相对于水下航行体的径向速度和径向距离,实现目标的跟踪测速.仿真实验表明,该方法的跟踪相对误差控制在0.2％,测速相对误差控制在0.8m/s.湖试试验结果表明,该方法跟踪相对误差控制在5％,测速相对误差控制在0.3m/s.
Abstract：Targetingattheproblemsthatthenavigationofexistingunderwatervehicleshaslargetimedelayandcannotmeettheintegra-tionoftrackingandvelocitymeasurementatthesametime,anunderwaterpositioningandvelocitymeasurementmethodbasedonone-wayacousticpathisproposed.Comparedwiththetraditionallong-baselinetwo-waysoundpathpositioningandranging,theproposedmethodisbasedonthesynchronizationsystemofthehigh-precisionatomicclock,andrealizestheone-waysoundpathtargetrangingandspeedmeasurement.Theunderwaterpositioningandspeedmeasurementintegratedsystemisbasedonfastparallelcomputingcapa-bleFPGAimplementation,andthesolutionresultcanbecompletedinmicrosecondstoreducethedelayeffectively.Aimingattheinte-grationoftargettrackingandspeedmeasurement,theunderwatervehicleperiodicallytransmitsachirpsignalatthetimeofsystemsyn-chronization,andtheunderwaterbeaconreceivingarrayisdesignedtotransformthesignalsinthetime-frequencydomainbasedontheshort-timeFouriertransform/inversetransformalgorithm.AnalysiscanaccuratelyextractthetimeofarrivalandDopplerfrequencyoffsetofthesignal,andtheunderwaterbeaconarraycanthencalculatetherelativerelationshipbetweeneachreceivingbeaconunitrelativetotheunderwatervehiclewithinthesystemsynchronizationperiod.Theradialvelocityandradialdistancecanrealizethetrackingvelocitymeasurementofthetarget.Simulationexperimentsshowthattherelativetrackingerrorofthismethodiscontrolledat0.2％,andtherel-ativeerrorofvelocitymeasurementiscontrolledat0.8m/s.Theresultsofthelaketestshowthattherelativetrackingerrorofthepro-posedmethodiscontrolledat5％,andtherelativeerrorofvelocitymeasurementiscontrolledat0.3m/s.
作者：赵冬冬 徐荣宝 陈朋 梁荣华 梁世慧 吕成财 Author：ZHAODongdong XURongbao CHENPeng LIANGRonghua LIANGShihui LUChengcai
作者单位：浙江工业大学计算机科学与技术学院,浙江杭州310023中国科学院深海科学与工程研究所,海南三亚572000
刊名：传感技术学报 ISTICPKU
Journal：ChineseJournalofSensorsandActuators
年，卷(期)：2024, 37(5)
分类号：TN929.3
关键词：水下通信 FPGA 单程声径 短时傅里叶变换 多普勒频偏 到达时刻
Keywords：underwatercommunication FieldProgrammableGateArray(FPGA) one-waysoundtrack Short-TimeFourierTransform(STFT) dopplerfrequencyoffset TimeOfArrival(TOA)
机标分类号：TP311.52TN99TP273
在线出版日期：2024年7月19日
基金项目：浙江省自然科学基金项目，国家自然科学基金，浙江省属高校基本科研业务专项，中国科学院战略性先导科技专项基于FPGA的水下单程声径跟踪测速系统设计与实现[
期刊论文] 传感技术学报--2024, 37(5)赵冬冬 徐荣宝 陈朋 梁荣华 梁世慧 吕成财针对现有水下航行体的导航存在时延大和无法同时满足跟踪测速一体化问题,提出了一种基于单程声径的水下定位测速方法.相比传统长基线的双程声径定位测距,该方法基于高精度原子钟的同步系统,实现单程声径的目标测距测速....参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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