采用RS-CC级联码提高深海投弃式剖面仪传输可靠性的研究

为了提高深海投弃式剖面仪ASK频带传输的可靠性,提出了RS-CC级联码的解决方案。首先,从信道模型入手,分析了XCTD时变信道的特点;其次,根据信道环境存在复杂噪声的特点,分析了信号在传输过程中可能产生的错码类型,设计了(255,223)RS码+(8,255)交织器+(7,1/2)卷积码的算法结构;最后,针对XCTD的工作特点,分析了不同探测深度、传输频率和噪声量级条件下信号传输的误码率。仿真结果表明,RS-CC级联码的编码方案能够保证XCTD以高传输频率在大深度、大噪声环境中测量时较高的数据传输可靠性,对提高深海投弃式剖面仪传输性能提供了一种新的研究思路。

基于曲线拟合的投弃式剖面仪电感量算法

本文研究的结果,为深海走航投弃式剖面仪在大深度测量的信道分析过程中电感量的计算提供了一种可行的计算方法,对于深海投弃式剖面仪信道分析的研究具有一定的意义。

投弃式海流电场剖面仪中模拟电路的研制

投弃式海流电场剖面仪(XCP)是利用海流切割地磁场产生感生电场的原理进行快速测量海流的观测仪器,在地磁场稳定的情况下,感生电场的大小主要取决于海流的速度。因此,通过测量海流产生的感生电场便可以研究海流的运动特征。本文研制了用于XCP中的模拟电路,实现了对XCP中电极信号、罗盘线圈信号及温度信号的采集预处理。所设计模拟电路主要实现以下功能:(1)通过INA128放大电路实现对电极信号与罗盘线圈信号的多级放大处理;(2)考虑到电极信号与罗盘线圈信号均为频率16 Hz左右的信号,在电路中加入中心频率点为16 Hz的二阶带通滤波电路以提取有效信号;(3)进行硬件电路补偿,在一定程度上克服XCP探头下沉引起感生电场的强干扰。实验测试结果表明,所设计模拟电路稳定可靠,可以实现滤除噪声,提取前端微弱信号并进行多级放大,满足实际应用需求。

投弃式海流剖面测量仪测量原理研究

根据投弃式海流剖面测量仪的测量原理建立了二维海流运动感生电场离散和连续模型,通过模型推导得到了海流与感生电场间的关系公式。通过对海流感生电磁场的分析,对海流测量的基本方法进行了研究,通过感生电磁场的量级的计算,确定了投弃式海流剖面测量仪研究的主要方向和关键技术。

投弃式海流电场剖面仪研制

本文分析了投弃式海流电场剖面仪的发展,简介了海流感生电场的基本原理,提出了投弃式海流电场剖面仪的技术方案.根据投弃式海流电场剖面仪的实际需求,研发了XCP海流电场传感器,并通过XCP探头的自旋转(16r/s),实现了将海流电场信号AM调制并频移至海流电场传感器的超低噪声频段,解决了在高噪声背景下快速测量纳伏级微弱海流电场信号.设计实现了XCP探头前端弱信号处理电路,对海流电场微弱信号进行滤波提取的同时可实现对海流电场同向分量进行硬件电路补偿,在一定程度上克服了XCP探头下沉引起感生电场的强干扰.在XCP探头内部采用SoPC技术实现对海流电场信号、罗盘线圈信号和温度信息的快速测量及其数字化处理,并将数字信息以UART协议及LVDS物理层数传方式发送到XCP浮筒端.开创了长度2km、直径0.1mm漆包线动态数据传输技术,解决了XCP探头和XCP浮筒之间的数字化数据传输问题.根据XCP探头所采集的海流电场信号与罗盘线圈信号的同相分量In、正交分量Qn、基线量Bn数据,研究了XCP探测方法,从而计算出了海流的东向与北向相对速度分量VEr、VNr.采用所研发的XCP,在我国南海海域首次采集到海面至海下千米深度的XCP海流电场信息和海洋温度信息.

海洋投弃式温深剖面仪应用发展概述

海洋温度的变化会显著影响水下声传播、生物活动、气象和洋流等现象,温深是反映海洋变化运动规律的基本参数。投弃式温深剖面仪(Expendable Bathythermograph,XBT)、温盐深测量仪(Conductivity Temperature Depth,CTD)、全球海洋实时观测网(Array for Real-time Geostrophic Oceanography,Argo)等是目前进行海水温深测量的主要仪器。其中XBT因其现场测量简便、效率高、硬件成本低等特点,正在被大规模使用。本文主要介绍有关海洋温度测量的背景及演化历史,分析对比了国内外相关仪器设备的发展现状,总结了国产化产品还存在的差距和不足,另外对传感器、结构设计、数据通讯传输、数据后处理、可靠性研究等关键技术和研究热点进行了详细介绍,最后对未来无人平台的技术发展路线给出了思路和见解,开展投弃式温深剖面仪的相关技术研究和产品研制对实现国产化有积极的推动意义。

深海走航剖面仪目标探测信号传输率优化仿真

现有单载波传输方式下,深海走航投弃式剖面仪的信号幅值会随信号速率增大而剧烈衰减,从而使得信号传输准确性降低,严重影响了信号传输速率的提高。提出了对抗信道衰落和窄带干扰的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术,以增加载波数量来提高信道带宽利用率,在保证准确性的同时提高投弃式温盐深剖面仪(Expendable Conductivity-Temperature-Depth profiler,XCTD)信号传输速率。设计了基于SIMULINK平台的OFDM算法仿真系统,从XCTD信道模型入手,针对不同的传输频率、探测深度和噪声量级,分析了OFDM算法与ASK、DPSK单载波的传输方式。通过OFDM算法与单载波传输方式对比的仿真结果表明,OFDM算法对于提高XCTD信号传输速率具有较高的可行性和有效性,对提高深海走航投弃式剖面仪信号传输速率的研究提供了一种新的思路。

基于统计过程控制技术的XBT故障概率控制研究

XBT是一种快速、实时、大面积、低成本测量海水温度剖面的海洋测量仪器,自问世以来一直受到海洋学家尤其是军事海洋学家的重视。国家海洋技术中心研制的XBT工程样机的测量指标已经达到国外同类产品的水平,但海上试验的成功率与国外产品相比还存在差距。针对这种情况,重点研究XBT海上试验故障。通过对海上试验数据进行总结及统计分析,并借鉴工程加权法对数据进行处理,利用统计过程控制技术(SPC)对海上试验数据故障概率波动的原因进行了分析,得出机械部件失效是国产XBT成功率不高的主要原因的初步结论。

XCP调频波脉冲计数鉴频系统的FPGA实现

为提高XCP中三路调频信号鉴频解调的抗干扰性能,采用脉冲计数式鉴频解调法,鉴频中采用倍频技术,提高了鉴频灵敏度。由参考信号发生器产生正交CQR和同相CIR两个参考信号,利用这两个相互正交的同步信号,并行控制多路脉冲计数器实施数字鉴频。采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行鉴频器硬件电路设计来降低系统复杂度并提高系统稳定性。测试结果表明,系统完全满足精度及可靠性等方面要求。

基于CFX数值模拟的XBT内部传感器布置研究

XBT是可投弃式温深剖面测量仪的简称,用以测量海水不同深度的温度。为了研究XBT探头内部光纤传感器的合理布放位置,以尽可能减小温度与压力测量的误差,针对探头在水中的主要运动状态,运用CFX软件做瞬态温度响应模拟,包括阶跃温度响应和线性温度响应;然后对不同运动速度的XBT探头做稳态数值模拟,着重分析了其导流腔内水流速度与压力分布。模拟结果表明,线性响应引起的温度测量误差要小于阶跃响应,温度传感器宜放在导流腔中靠前的位置,同时导流腔后端存在水流静压为0的位置,适合压力传感器的布放。本文针对光纤XBT探头所做的流体仿真,为内部温度、压力传感器的布置提供了理论指导,对于同类传感器的设计也具有一定的参考价值。

海洋XBT投放系统中探头插销自动拔取机构设计

针对现有人工手持式投弃式温度深度剖面仪(XBT)探头投放方式存在的人为因素对测量的干扰等问题,设计了一种用于XBT自动投放系统的探头插销自动拔取机构。通过杠杆对力的放大作用,实现在有限行程范围内的探头插销自动拔取。实验结果表明,该机构有效可靠,投放成功率达到95%以上,投放平均时间节省50%以上,并可通过简单的外形或接口调整用于多种探头自动投放系统中,应用范围较广。