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[硕士论文] 胡璞
控制科学与工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:海浪是海洋运动过程中的最常见的波动现象,对海浪运动参数的测量和分析是研究海洋环境要素的基础工作。不管是对海洋资源的开发,还是对海上交通运输业来说,对海浪运动参数的测量都具有十分重要的意义。为了实时测量海浪的高度和周期等参数,本文选用TI系列高性能DSP、FPGA、MEMS惯性传感器以及无线传输技术,设计并实现了一种能够实时监测海浪特征参数的监测系统,主要完成了如下工作:
  (1)完成海洋环境监测系统的整体结构设计。包括平台的三维结构设计、用于制造测量平台的材料选型、海浪运动参数测量系统的三维结构、用于保护信号处理单元的密封舱结构、以及平台系统的供电系统,并最终完成了测量平台各个部分的制造。
  (2)完成海浪运动参数测量系统的硬件设计。包括测量系统的物理结构设计、测量系统所需惯性传感器的选型、测量系统双核CPU设计,系统外围设备接口的硬件电路设计,并最终完成硬件电路的焊接、调试等工作。
  (3)完成海洋运动参数测量系统的信号处理单元的软件设计,包括在FPGA端完成陀螺仪和加速度计的数据采集、AD7606底层驱动的实现、系统对外接口的功能。在DSP端实现二次引导程序的设计,完成DSP和FPGA之间的数据交换等功能。
  (4)完成海浪运动参数的相关算法设计,包括对测量平台的实时姿态进行解算、对加速度信息实现从惯性坐标系到当地水平坐标系的转换、设计自适应滤波器对采集到的加速度信息进行滤波处理、对加速度信息进行二次积分得到实时的海浪参数。
  (5)完成系统的实验验证工作,对本文所设计的测量平台系统及其算法分别进行了六自由度摇摆台实验和海试实验。实验结果表明本文所设计的测量平台性能良好,能够对局部海域的海浪运动参数完成实时准确的测量。
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