论文总字数：29739字

摘 要

水下潜器在海洋资源勘测、搜救中得到越来越广泛的应用，水下导航定位系统设计是保证水下潜器的正常工作的关键技术之一。本文的主要工作是利用数字信号处理技术对定位系统中的信号处理平台进行设计，并对定位算法进行研究，通过 MATLAB 仿真，分析了影响定位精度的因素。

信号处理平台以 DSP FPGA 的架构为基础进行设计，使用 DSP TMS320C6678 作

为数据处理中心，应用 FPGA XC3S200AN 对整个平台进行逻辑控制，同时，采用DDR3 技术为系统扩展了 512MB 的外部高速存储器。本文详细介绍了平台各模块电路的具体设计，给出了系统组成方案以及硬件原理图。

水下定位算法基于短基线原理，在建立的仿真模型基础上，结合具体条件，编写程序并完成仿真调试，分析了深度测量误差和距离测量误差对定位精度的影响。

关键词：AUV，水声定位，短基线，DSP，信号处理平台，MATLAB算法仿真

The Design Of Underwater Vehicle Positioning System

Abstract

Underwater vehicle have been applied more and more widely in the marine resources survey and also in the search and rescue. The design of underwater navigation and positioning system is one of the key technology for guarantee the normal work of the underwater vehicle. The main work of this paper is to use digital signal processing technology to design for signal processing platform in the system，and according to the principles of short baseline，to research for positioning algorithm and to analyze the factors that influence the positioning accuracy through MATLAB simulation.

The signal processing platform is designed on the basis of DSP FPGA architecture， using DSP TMS320C6678 as the data processing center ， applying FPGA XC3S200AN to gain logic control of the entire platform， meanwhile， using DDR3 technology to expend the 512MB of high-speed external storage for the system. This paper introduces the specific designs of each module circuit in platform in detail，gives the system composition scheme and hardware schematic diagram.

The underwater positioning algorithm is based on the principle of short baseline. On the basis of created simulation model，it combined with the specific conditions, programming, completed simulation debugging and also analyzed the effects of depth and distance measurement error to the accuracy of positioning.

KEY WORDS: AUV，acoustic positioning system, short baseline，DSP，signal

processing platform，MATLAB algorithm simulation

目录

摘 要……………………………………………………………………………………………………………………….…Ⅰ

Abstract……………………………………………………………………………………………………………………...Ⅱ

第一章 绪 论 1

1.1 引言 1

1.2 研究意义和背景 1

1.3国内外研究现状 4

1.3.1 水下声学定位发展研究现状 4

1.3.2 数字信号处理器发展现状 5

1.4本文的研究目的和主要研究内容 6

第二章 系统总体设计方案 7

2.1水下定位系统组成 7

2.2 水下定位系统工作原理 8

2.3 DSP芯片选型 10

2.4 FPGA芯片选型 11

2.5 信号处理平台设计方案 11

第三章 信号处理平台硬件部分设计 13

3.1 系统电源模块设计 13

3.1.1电源的功耗分析 13

3.1.2 系统电源的设计 13

3.1.3 系统上电顺序 18

3.2 系统时钟模块设计 19

3.2.1 时钟需求分析 19

3.2.2 CDCE62005 时钟发生器芯片 19

3.2.3 时钟方案与电路设计 20

3.3 其他各部分电路的设计 21

3.4 DSP各接口电路 21

3.5 PCB设计调试及实物展示 23

3.5.1PCB布局设计 23

3.5.2 PCB布线设计 23

3.5.3 实物展示 24

第四章 算法研究和软件仿真与设计 25

4.1 仿真算法模型 25

4.1.1坐标系的建立 25

4.1.2 仿真算法及分析 25

4.2 不同基阵阵列的几何形状对定位精度的影响 27

4.3 仿真算法流程图 29

4.4 仿真结果分析 30

4.4.1 仿真条件 30

4.4.2深度测量误差对定位误差的影响 30

4.4.3距离测量误差对定位误差的影响 32

4.4.4距离测量误差和测深误差同时存在时对定位误差的影响 33

4.5 水下测距仿真 36

4.6数据采集与仿真软件 39

结 论 41

致 谢 42

参考文献（References） 43

绪 论

1.1 引言

地球上海洋的总面积占地球总体表面积的71%，海洋中蕴含了丰富的石油、矿石等矿产资源。21世纪以来，各国对海洋资源的开发研究越来越重视，因此对海洋的探测和研究具有极大的现实意义和经济价值。

水下航行器作为一种高新技术手段。水下航行器种类繁多，主要分为两种，分别是遥控水下航行器和自主水下航行器。然而，在实现自主式水下航行器（AUV）工程化和实用化过程中，水下定位导航技术成为最为关键的一步。近年来，声学定位技术发展十分迅猛，应用更加广泛。

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