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哈尔滨工程大学硕士学位论文低频海洋环境噪声采集系统的设计与实现姓名:吴岩申请学位级别:硕士专业:水声工程指导教师:张殿伦20110321
低频海洋环境噪声采集系统的设计与实现摘要海洋环境噪声是海洋的一个重要声学特征。海洋环境噪声的研究与应用已经得到人们的广泛关注和重视。随着现代军事的需求和海洋事业的需要,海洋环境噪声的研究和应用的发展势头必将更加迅速,为更好的了解海洋信息,就需要采集海洋环境噪声数据。本文设计并实现了海洋环境噪声采集系统,该系统通过潜标的方式进行布放,多套潜标同时工作时,采用同步工作模式,可以实现空间多点声场的同步采集。利用矢量水听器拾取声场中的声压和振速信号,输出信号经过预处理后进行采样,得到的数据可在潜标中自容式存储。论文首先给出了在海洋环境下工作的采集系统的总体方案。其次,针对潜标的工作�������凸�腄�����������卡为主存储介质,根据技术指标设计并绘制电路原理图及制作电路板。论文第三章给出了海洋环境噪声采集系统的软件开发流程,并设计了���������数据。论文最后分析了系统的性能及海上试验情况。海上试验的结果证明海洋环境噪声采集系统工作稳定可靠,能准确拾取海洋环境噪声,可应用于海洋开发领域中。
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��论文的背景及意义二十一世纪是海洋的世纪,人类将从海洋中获取越来越多的能源、食物、矿产,从浩瀚的海洋中探索地球生命的起源。我国是海洋大国,拥有�万公里的海岸线,�万利用海洋资源,是影响我国经济建设持续、稳定增长的一个重要因素。随着现代军事的需求和海洋事业的需要,海洋环境噪声的研究与应用已经得到越来越多的人的关注和重视。在军事领域中,海洋环境噪声的研究被应用到潜艇战及反潜作战中,在民用上,海洋环境噪声的研究已经成为海洋开发、海洋探测的重要手段。构建海洋环境噪声采集系统有很强的现实意义。首先,可以把海洋环境噪声看作是水声信道中的干扰背景场,不论是主动声纳设备还是被动声纳设备,其性能都不可避免的受到海洋环境噪声的限制。因此,研究海洋环境噪声对声纳性能评估、水声探测设备的研究都具有重要的指导意义。其次,海洋环境噪声中包含着丰富的海洋信息,由噪声数据可以反演出海面风速、海底地幔构造过程、海区的水文、生物等信息。由此可见,海洋环境噪声的研究对海洋探索和开发有重要意义�。��海洋环境噪声测量研究现状南挪威海环境噪声测量试验��年初,海军研究办公室历经四年时间在南挪威海域测量记录了海洋环境噪声。���猼�������鞣胖迷����畲�捌。印度洋环境噪声测量试验
��年,在印度洋的西北部地区进行了历时四个月的环境噪声测量试验。试验对波盆地、阿拉伯盆地五个测量点进行测量。声传感器系统、几个浮标以及许多海洋学、声学的环境探测针。水听器上读取。垂直数据仓�������������的压力容器、一个带有十三个水听器的垂直阵以及用来悬挂整个阵的水下漂浮物、间歇性工作,则可工作几个月。��阵由包含�个水听器组的活动部分和一个长��的拖拽阵构成,其中�个水听器组在余弦空间下呈均匀分布,且每一个水听器组都是由�个水听器组成。�馎由�个均匀分布的阵元组成,在相同深度的情况下,通过判断两个测量点的噪声级高低得到海洋环境噪声的水平指向性,通过观察噪声级是试验数据表明:在��到���钠刀畏段�冢�饬康�的无指向性噪声级最高,段,所有测量点的噪声随风速和海况变化而变化纠。·阿拉斯加海湾环境噪声测量试验��年�至�月,在阿拉斯加东南部的偏僻海湾进行了海洋环境噪声测量试验。�������旧杓平ㄔ斓腁������镜也被放置于在顶端,准确的告知航船它的位置以方便回收。浮标置于水下��英尺处。分析采集的数据得出:当风速达到�谑保���处测得的环境噪声级低于适用在曲线接近,此时风速每增加�诨肪吃肷�毒驮黾��,而努森曲线则是风速每增��节环境噪声级相应增加��旱狈缢俑哂��谑保�饬康幕肪吃肷�逗团���呦嗥ヅ銱。·加拿大浅海环境噪声测量试验为加深加拿大东部浅海海域的环境噪声的时间、空间变化性的了解,于��年�月至��年�月,历时一年,在此海域进行了海洋环境噪声测量试验。试验选用四种声
图����浮标工作配置结构图表��四种声学传感器����&��������������钩傻�、�����糜谕2吹闹饕I璞�以及一个包括�个阵元的垂直阵和�个阵元的水平阵组合而成,该测量设备置于水下����睿�蟮牟裳�饰������。实验测量的数据主要由垂直阵得到,垂直阵中的�个水听器在空问上不均匀分布的,其中上面�个水听器�����痶�灵敏度的����甋�水听器和��通用前置放大器组成。水听器与前置放大器的结合使用使响应在��到���钠德史段�诮�破教埂J笛槠诩洌�ǚ鏑���通过实验海区。通过对台风经过前后测得的数据分析得出:台风提高了高频处的环境噪声级,且影响潮汐波动。由于浅海边界对声传播影响显著,所以,环境噪声指向性随时间变化而发生强烈的变化�’��。
哈尔滨工程大学硕七学位论文数据采集是将模拟信号转换成数字信号,并进行存储及计算机处理的过程,相应的数据采集系统的研究始于上世纪�年代,美国首次在军事上使用数据采集技术,操作由非技术人员进行,采集相关信号,其余工作由机器完成。这种数据采集技术不但可以由不同人群完成,而且测试目标可以改变,得到了很大的认可。到�年代后期,很多关于数据采集的设备开始进入市场,此时数据采集设备和系统大多属于专用系统嘲。随着计算机的发展,到了�世纪�年代后期,出现了采集器与计算机合二为一的数据采集系统。与传统的自动检测仪表和专用的数据采集系统相比,新型的数据采集系统性能优良,使用方便,因此得到了广泛的应用和发展。在此过程中,数据采集系统被逐渐分成两类:一类是工业现场数据采集系统,另一类是实验室数据采集系统;就使用的总线而言,工业现场数据采集系统大多采用串行数据总线,而实验室数据采集系统则多采用并行总线。�世纪�年代,随着计算机的全面普及,数据采集系统得到了广泛的发展,于是出现了通用的数据采集与自动测试系统。这时的数据采集系统主要分两类,一类由采集器、仪器仪表、通用接口总线和计算机等组成,国际标准������接口总线系统是这类数据采集系统的典型代表。它主要应用于实验室条件下的数据采集,在工业生这一类的典型代表。它采用积木式结构,相应的接口卡装配在专用的机箱内,由一台计集、测试任务发生改变,只要把新的仪器电缆连入系统,或者把新卡添加至专用机箱内就能完成硬件平台的重建工作。�世纪�年代末,数据采集系统变化较大,将工业计算机、单片机与大规模集成电路组合,使用专门的软件管理,使系统体积减小,成本降�世纪�年代至今,数据采集技术已经在科研、军事、宇航技术、航空电子设备以及工业等领域中广泛应用。随着集成电路的制造技术不断提高,低成本、高性能的单片数据采集系统也随之出现。数据采集技术俨然发展为一种专门的技术,在多个领域中得到了广泛的应用。此时的数据采集系统采用更为先进的模块化结构,在不同场合的需求下,通过简单的增减或更改模块,结合系统编程,就能扩展、修改系统,迅速地组成新的系统。该阶段并行总线的数据采集系统向着高速化、模块化、即插即用的方向发展,
��论文的研究目标本文通过对海洋环境噪声及数据采集技术的学习,设计并实现海洋环境噪声采集系统。该系统采用潜标的方式布放在浅海的某一特定深度,通过矢量水听器拾取海洋环境噪声,潜标内置罗经,实时给出潜标姿态信息。多套潜标同时工作时,采用同步工作模式,可实现空间多点声场的同步采集。采集的数据自容式存储在�卡中。系统主要技术指标:采用同步的工作模式,可以实现空间多点声场的同步采集;��论文的主要内容然后,给出系统的软件开发流程,详细阐述了各主要功能模块程序的设计思路,其
海洋环境噪声采集系统是利用矢量水听器拾取海洋声场中的一路声压和三路振速图��潜标采集系统示意图采集系统用于采集浅海噪声场矢量信息,该系统使用方便、灵活,多套潜标同时工作时,采用同步工作模式,可以实现空间多点声场的同步采集。在此模式下,由外同步器对每套潜标进行同步,每套潜标内置高精度恒温晶体,工作两天的数据采集时延差为����,同步采集为不同点声场的同步分析提供了重要研究手段。系统采用潜标的方式锚定在水下指定深度拾取声场信息,潜标系统上携带矢量水听器和海洋环境噪声采集系统,由工作船布放,潜标通过释放器连接锚块,直接锚定在海底,此锚系方式可以有效的减小外部环境的干扰,实现在恶劣海况条件下的长期、定点采集。采集的信息自容式存储在潜标内的�卡上,在采集环境噪声信息的同时同步采集潜标体的姿态信息和实���淠?椋��莼厥帐保�赏ü�曜糢�接口直接将数据导出至计算机,无需专用软件和外接电源,也避免了反复开启潜标密封体的问题。��数字处理板硬件设计
采集系统的硬件平台主要由模拟处理板和数字处理板两部分组成。模拟板主要是完成对矢量水听器拾取的声场中的声压和振速信号进行放大、滤波等调理工作。数字处理板以��V醒氪�淼ピ#�诓考�葾�采集模块、�卡存储模块、异步串行模块、图��是数字处理板电路的总体结构框图。数字处理板是整个采集系统的核心组成部分,由��杉�?椤��ù娲⒛?椤⒅鞔�淼ピ狣�模块、异步串口模块、��图��数字处理板电路结构框图存储卡。潜标中的接口转换模块完成数据的并串转换。实时钟电路为采集的噪声数据提口,主处理器可通过串口发送命令配置罗经,使其处于工作、停止和休眠等状态。采集问题¨�。下面分别讲述数字处理板各功能模块的详细内容。等。这些芯片各自有自己的优势,需要根据系统的需求合理选择。
哈尔滨工程大学硕士学位论文在一片芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制,但其主频较信号转换成数字信号��,再对数字信号进行处理,并在其他芯片系统中把数字信号解调回模拟信号或实际环境格式。它不但具有可编程性,而且运行速度块,其实时运行速度可达每秒数千万条,大大超过通用微处理器的速度,其在数字化电子世界中的地位机的行业标准,其控制能力强,功耗较低,在手持设备市场占有�%以上的份额,由于所有产品均采用一个通用的软件体系,所以相同的软件可在所有产品中运行,这就有效地缩短了应用程序开发与测试的时间,也降低了研发费用。��是一种可编程的逻辑芯片,作为专用集成电路���领域中的一种半定制电路,��既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。可以毫不夸张的讲,��能完成任何数字器件的功能,因此具有很强的处理能力。但相对与其他芯片,��完成相同功能的功耗大、成本高的缺点不容忽视。标系统的要求,为系统开发带来了便利。��.��·统一的数据/程序存储器映射,包括�位地址寻址的�字的数据空间和�位地
.��琍�����發����。��������吨刚蛐����‰“上��::���镌�郻叫�齞矾叠�糟���蚢����%������图�������系列��腃�框图��.��●一�.��牧��平�侥J�;黄���;外部存储器接口���;电源管理/��控制;�
·计时器,看门狗;·通用串行总线���?椤��。图����慕峁雇紁叼要想获得高速的��诵兴俣龋�恢址椒ㄊ墙�没С绦蛟贒�芯片出厂前掩膜在其片内的��稀H欢�庵址椒ㄔ诖蟛糠殖『喜⒉皇视茫�⑶页杀窘细摺6源蠖嗍鼶�行。这种方法成本较低,却能实现��咚僭诵小6杂诓煌�秃诺腄�,其自举引导
相连;当引导方式开始时,���肫�⌒藕臗�嗔�珿��自动使能���芯片,写����鹕����技术指标要求潜标系统在水下长时间工作,因此系统采用电池组供电,每套系统由�节����绯毓┑纾�渲辛浇谖DD獍骞┑纾�溆��谖J�职骞┑纾��节电池的电压,���狣�的内核电压。为了降低系统自噪声影响,系统数字地与模拟地之出电路与其基本相同。
图��电源电路原理图入通道数以及供货来源等。��.��本系统中,矢量水听器拾取四路模拟信号�路声压和�氛袼傩藕�,信号采样率��,频带宽度为�—���。经过论证、比较,并兼顾系统性能、功耗、电路结构及可扩展性等因素,系统采用���镜腁���。����且豢钏耐ǖ��籄∑型模数转换器。它完美集成了出具有���拇�怼��/�氖У鞯缪蛊�啤⒏叽���男旁氡���,而且还支持选帧同步或���薪涌诳梢苑奖愕亓�又罝�、��及微控制器。每个接口均支持菊花链以简化高通道计数系统中多个����幕囟凉δ堋?扇�嫔瓒ǎ�����℃��.��
���接地,����ぷ髟诟咚倌J较拢恍酒�腇����:�颗渲梦��,查表��可得,����ぷ髟谥⊥�浇��协议下,数据输出方式为��������������,�肥�莅此承蛞来斡蒁��串行输出,数据位置是固定的。������咖�,【�的时钟引脚��与����腃�、��引脚相连,为其提供时钟信号,���蕺目∞��’∞喃寥�删。.——�·搿
潜标系统需要长时间工作在海洋环境中,采集系统需要把采集到的原始数据保存下来,随着时间的累积,数据量就会越来越大,这就对存储介质的容量、功耗、读写速度��.��及便携性迅速成为闪存卡的首选。�卡由内部控制器和闪存模块两部分构成。图��给出了�卡内部结构框图㈣。内部控制器实现�卡与主机的接口及控制数据在存储模块中传输。�卡内部控制器的设计类似于硬盘,内置智能控制器,大大简化了外围电路的设计。控制器实际上起���的读写转化为对控制器的访问,这样就可以用同一读卡器读写不同的�卡,兼容性问题也就解决了。�卡缓冲区的设计,使得
·稳定性好�卡不带驱动器,无移动的部件,因而发生机械故障的可能性很小.数据更安全,且�卡不需要电池维持存储的数据,所以,对存储的数据,�卡是一种稳定的、安全的解决方案。·兼容性好���的读写转化成对控制器的访问,这样大大简化了�卡外围电路的设计,而且�卡外部接口是标准的√扎~/�接口,无论采用多大的闪存芯片组都不用担心兼容性问题。●功耗低,工作环境适应性强�卡耗电量小,仅为普通硬盘的�ァ��ㄖС�.���伏的供电电压,这使·结实耐用,抗震性好�卡封装在由两个铁片保护的框架内,结实耐用,�高处落地也没有问题,工作时可承受���恼鸲��褂��多年也可保证数据完好无缺。总的来说,目前性价比最高的是�卡。它应用非常广泛,存储容量也够大,成本低廉。最重要的是相关设计资料较多,容易进行开发,开发风险较低。这点是其他存储卡开发所不能比拟的。由于�卡兼容性较好,市面上有很多读卡设备支持,但是过大的体积和重量将限制它的发展。所以对体积有较高要求的设备大多倾向于使用体积更为小巧的�卡。�卡访问模式及数据传输模式��.���卡支持多种接口访问模式,包括符合���规范的����疧模式、������,�总线接��规范的��式。在���疧�虳�
����T赑�模式下,对寄存器的每一次操作都必须进行编程,由���模式下,��徊斡胧�荽�涔�蹋��龉�逃蒁�控制器管理,�卡可以直接与和��J皆谑�莸拇�渌俾史矫嫦嗖畈淮螅��赑�方式编程简单,相应代码技术表��数据的传输速率比较模式�����.��疭�.��痵�.��痵�.��痵��.���卡工作在��置来对数据进行存取和寄存器进行操作,无法对内存寄存器和属性寄存器进行操作。�卡控制器中包含两组寄存器:控制寄存器和命令寄存器。控制寄存器对磁盘进行控制;命令寄存器接受命令并且完成传输数据。表��列出了���寻址某一个具体寄存器。出于节省地址空间的考虑,��标记不同的寄存器。相同的地址,读操作时是一个寄存器,而写操作时则是另一个寄存器。其中驱动/磁头号寄存器低四位,柱面号�摺⒌�寄存器和扇区号寄存器同时也是扇区逻辑地址寄存器的�~�位,�—�位,�~�缓�加位吲。����������
����������������驱动器控制��.���卡电路设计,���������ü�獠看娲⑵鹘涌����刂艱�和外部存储器之间的所有数据传输。��牡刂废叻直鹩隒�ǖ腃�、���【��】相连,通过地址线的值选信号��蛐葱藕臕�的低电平且��选通信号��谋浠�螅�映���后将��的��管脚拉低,完成��亩列粗噶钪芷诤虲�≒�模式的读写周期的匹配。本设计中用�卡中的低�皇�菹叽�涫�荩�挥玫降母�位数据线接低电平。此外没用到的地址线高�灰步拥偷缙絀删。�一��觳酱�诮�型ㄐ诺摹��实现异步通信通常有两种方法:第一种是使用通用��.���
������������收发器,它能够将从调制解调器或外围设备接收的串行数据转换成并行数·两种控制模式:其中硬件流控制模式可通过配置��虲�引脚及相应的寄存�����囊�欧庾叭缤�.�所示,各主要引脚功能如下:�叫址:地址线,通过这几个引脚及读写信号��虸�可以访问片内寄存器;����:两套��的片选信号;��/��:中断信号;��.��串口电平转换由于同步器及上位机串口输出的是标准的�一��缙剑�鳷����的输出的是�
用来完成�����胪�狡骷吧衔换��涞耐ㄐ牛�惶譛��美赐瓿蒚����或者正常模式。图����隽薓����牡湫偷缏吠肌�����的两路数据发送引脚和接收引脚分别与����的两路对应的数据输入引脚和数据输出引脚相连。��一。‘冬����典型电路图��.���
由于�卡在��J较率�荽�涫钡亩列粗芷谝T洞笥贒�指令周期,因此为延时序逻辑电路选用���公司的�����酒�8眯酒�粲贛���系列,是系统选用���公司的���实时时钟芯片,它具有功耗低、独立工作、接口简日、月、年的计数功能;并且可设置成�小时制和�小时制的计数模式,能够自动调整每月的天数;具有闰年调整的功能;具有自动掉电保护和上电复位的功能;对���成了一定容量、具有掉电保护性质的静态���捎糜谝恍┕丶��莸谋4鎝�。�����%培�埔一一然二~~~一���寄存器分配图
一些恶劣环境下保证系统时钟的准确性。三潜标在浅海中工作一个周期,采集的数据量为����,如果每次都要开启潜标密封体来回收数据,这无疑增加了许多工作量,而且也可能导致系统不稳定。因此,系统芯片决定了��?榈氖褂眯Ч�痛�渌俣龋�嗟庇谌说男脑啵�酒�烤⒘耍琔�传输速率最高可达���痵,即插即用,支持热插拨,������疿�疺��/��以上��同步采集及同步器多套潜标同时工作,可以实现空间多点声场的同步采集,能够为不同点声场的同步分析提供重要研究手段。潜标系统在进行数据的同步采集时,要多套系统同时工作。为了获取海洋声场在同一时刻不同位置的声场信息,系统设计了海洋环境噪声采集系统的辅助设备一同步器,在开始数据采集之前对每套采集系统进行同步,确保了采集数据在时间上的一致性。图同步器完成潜标系统的自检和同步功能。系统采用自容式存储,在水下工作期间无
法检测设备的状态,如系统中出现问题将导致整个潜标采集不到数据,因此在系统布放前对设备进行自检是十分重要的。当潜标系统接收到同步器发送的自检命令后,完成系统自检��–�ā��⒙蘧����⒋�诘�,保证系统能正常工作。潜标系统接收到同步器发送的同步命令时,在正确解析后拾取其中的同步号信息与同步脉冲。同步器发送的同步号信息与同步脉冲一一对应。多个潜标接收不同同步号后,分别捕获相应的同步脉冲,通过自身的定时器来完成同步数据采集动作。同步器的主处理芯片选用��镜腗�����型微功耗单片机,它是一个�位的、具有精简指令集的、超低功耗的混合型单片机,具有处理能力强、运算速度高、外围资源丰富、开发方便等优点阳。系统利用其�口和�口的中断完成自检、同步功了潜标配合同步器的工作流程。同步器中采用���公司的�����酒�魑7制灯骷���晶体作为时钟源,方法进行同步,如同步时间为�∈保�蛲�胶判畔⑽��,��发出一个同步脉冲,相应的同步号减��蓖�狡鞲�北晖�绞保�谝桓鐾�铰龀宕シ��的外部中断,潜标进入响应的中断服务子程序,开启��亩ㄊ逼鳎�ㄊ笔奔湮��,第二个同步脉冲
等待�位机同步命令本章首先对系统的总体进行了描述,包括潜标的锚系,系统的工作流程等,接着给出了海洋环境噪声采集系统的总体结构图,并围绕总体结构图展开各功能模块的设计,包括芯片的选型,芯片的功能简介及电路的实现。在本章的结尾介绍了系统的辅助设备
海洋环境噪声采集系统的软件开发是以海洋环境噪声采集系统硬件为平台,在�检模块、���莶杉�?椤⑹�荽�淠?椤��ù娲⒛?椤⑹凳笔敝幽?橐约癋��������.���含有一整套用于开发、调试嵌入式应用的工具。它包含适用于所有�器件系列的编译器、调试器、源码编辑器、描述器、仿真器、项目构应用开发流程中的每个步骤。借助于精密、高效的工具,用户能快速上手并且将功能添加到他们的应用。��系统软件开发系统的软件开发是本设计中的重点,也是难点所在,软件结构健壮,系统就能高效、稳定的工作。本节将花费一些篇幅将对几个主要功能模块进行阐述。本设计中软件主要是完成以下几个方面的工作:·完成潜标数字板的自检工作;·�数据采集;·数据�肷��荨⒙蘧��荨⑹凳笔敝邮��存储;电池电量查询:到同步器的自检命令,开始系统的自检工作��–�ā��⒙蘧����⒋�诘�,
系统自检正常则等待同步命令,否则将返回自检错误信息,同步开始时,进入系统倒计文件格式,直到数据存满�卡。图��给出了潜标系统整体流程图。图��潜标整体流程图
为使采集系统能够稳定、可靠的工作,系统设计了自检模块,完成硬件电路的检测工作,当系统硬件出现故障时,数字板可以通过潜标壳体上的水密插头将错误信息及时反馈到同步器上或者�机中。自检功能的设计不但保证了潜标系统安全、可靠的工作,也给调试带来了许多方便。接到同步器或上位机软件下行的同步命令后,系统进入自检模式。图��给出了潜标系统自检流程图。图��潜标系统自检流程图为区分不同潜标系统,分别给每个系统标号,潜标号信息存储在�卡的固定扇区卡读写操作,然后读取罗经信息和�数据,如果上述操作都顺利完成,则潜标向同步器或上位机返回自检正确信息,自检通过;如果上述操作某一环节出错,则潜标向同步器或上位机返回自检错误信息,并返回错误类型。�数据采集模块程序设计
直到�数据的到来触发���的���卸希���荽覦��〕龃嫒隓�的内存的相应位置,完成一次�采集。为保证系统在向�卡中写入数据时,�正常采样,数据不丢失,在程序开发的过程中,在��诖嬷锌A肆礁����幕捍媲�每满后,缓存满标志位置位,�数据存入另一缓存区,同时将缓存区内数据存入�卡系统的水下姿态信息。罗经通过�一���谟隩����相连,并通过��耐ǖ繠与���写�型ㄐ拧B蘧�看问�荽�淞课<甘�鲎纸冢�渥畛S玫母袷轿[�:����,����琀������,���琍�����,��,�����牛。其中,����是数据起始位,接着是航向信息、俯仰信息以及横滚信息,幸是罗经的结束化,然后进入中断等待,罗经输出一组数据,便触发一次��耐獠恐卸希�婧驝�读取罗经数据,每组罗经数据在�中的存储空间为�个字节,图��是�卡中的罗经数据。
哈尔滨�程大学硕十学位论文������唾��俚﨓�����;;���,���,��;,��,艇,��,瓣謇。..�;。。。。。。。。。。。。。。.。�;。。。。....。.。.。...��;。。。。。...。。。。。。..图��罗经数据程序中通过木来判断是否一组罗经数据传输完毕。为了存储便利,程序设计简洁,由于罗经中断��的优先级高于�中断����⑶衣蘧�乃⑿侣饰狾.�,而�息。图��是罗经采集流程图。图��罗经采集流程图设计中需要对�数据、罗经数据、实时时钟数据三种数据进行存储。本文采用�卡的����涌谀J剑��荽�浒�≒�模式和��J健��模式是硬盘进丽和丽丽莨的低电平保持时间和数据的保持时间也不尽相同。
��二��.��������������������������������������������
表��数据传输位数设定��������××�×������������������××���×�����������������������.��对�卡的操作如读写扇区,发送命令等都是通过读写寄存器来完成的,向�卡存储或读出数据也是通过读写寄存器完成的。每向�卡发送一组命令后都要读取状态
寄存器中的信息,通过状态寄存器的值来判断�卡是否已经执行完所发送的命令。对�卡进行读写操作,首先要设定数据传输位数和数据的传输模式,如上节所述,在每次设定之后,要检测�卡状态寄存器中��坏闹担�缙渲滴�,则继续下一步�的写操作和读操作基本类似,所以下面主要说明�的写操作:
上,如此庞大的数据量在�机上导出,如果不用一个有效的办法来完成,那工作量可�������.����记������文件分配表区��������萸�根目录区、文件数据区���硎俏⑷砉�驹贔�文件系统中用于磁盘数据索引和定位而引进的一种链式结域,可看作为数据区的一部分,一般情况下根目录从第二簇开始,根据需要增加,因此��.��相同的���词共煌�琈�也不会夹带操作系统的性质。具有公共引导的特性。���、扩展�����汲绦颉⒔崾�曛炯覆糠肿槌伞���文件���缶褪荈�表区,由两个完全相同的��碜槌伞T贔�文件系统中,文
件的存储依照簇链式数据结构进行,每一簇在��碇姓加�个字节,其值反映了该簇表����������翭����客�翬�����鏊肍�话������同�翭��—���同旺下��硎导噬鲜荂�ㄖ兴�写厥褂们榭龅挠成浔恚現�表的每一项给出该文件下链表所对应的数据区就可以重新使用了。展,根目录不在固定的位置,但是通常根目录是最早建立的,所以,基本上根目录首簇根目录区中的目录项是操作系统寻找文件的入口,每个目录项占用�个字节,记的内容,可以清晰的勾画出一个文件的读取过程:首先在该文件的目录项中找到这个文当读到该文件的结束簇号后,完成对一个文件的读取。数据区是真正意义上存储数据的地方,文件系统对数据区的存储空间按簇进行划分和管理,一簇的大小一般是�个扇区。之所以以簇为单位而不是以扇区为单位,是因速Ⅳ代�闪存卡,每簇�个扇区,簇空间大小为�字节。只有一个��募�保�S嗟��空间就浪费了,其他文件不能再次使用。通常所说许多磁盘数据能够恢复的原因。
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�数据起始扇区地址�.��鹗忌惹�刂��罗经数据起始扇区地址���萜鹗忌惹�刂��数据扇区数㈣,删。,悝∽畔咿坦垆州�%.蚤善,。,掣~一Ⅲ一一掣≯,≯≯掣⋯一。,即、撑.一哆∽嘤零嘤够;;�唆㈣螺雕一蛰翻翊塑翊翌翊蛰翻翻翊翊婴翌塑翻翌蛰翻翌翌翊翻翻蛰蛰婆蛰蛰望蛰蛰塑翻翻翻翌謦蛰翌蛰謦蛰塑蛰蛰翻塑塑蛰望望蛰塑蛰翊翻翻塑叠
本章首先了解了系统的软件开发环境,然后给出了海洋环境噪声采集系统软件的总体流程图,接着详细阐述了各主要功能模块程序的设计,对于每个模块,文中都给出了结构较为健壮的流程图,并配以文字说明,使程序设计更容易被理解。本章的软件设计是采集系统的灵魂,理解程序的设计思想,就能够更深入的了解整个采集系统。
系统性能测试是保证系统可靠、稳定工作的有效有段。在系统的调试过程中,除了对电路板各个功能模块进行测试外,还对系统主要关心的几方面进行了测试,包括系统的功耗、系统的电路噪声、�卡的传输速率以及系统的稳定性。海上试验则证明了系统能够清楚地反映海洋环境噪声的真实情况,系统可应用到海洋开发、探测等实验中。为降低电路噪声,在原理图设计时,电路电源输出端加去耦电容,所有芯片电源与可以减小压降,更重要的是降低耦合噪声。图��实验室条件下系统的自噪声谱级
够真实反映海洋环境噪声。由于是在实验室条件下测量,图中尖刺部分为��干扰。体保持恒温状态,在一定范围内不受外界温度影响,达到稳定输出频率的效果,频率温度特性在所有类型晶振中是最好的,由于电路设计精密,其短稳和相位噪声都较好。为了检测系统同步采集的准确性,在实验室条件下对多套系统进行了测试,测试的主要内容为同一时刻多个恒温晶体的频率输出,实验中用两个直流稳压电源供电,每个晶体输出的最大绝对误差为���璼,在系统允许的误差范围内。由于采集系统采用锂电池供电,且需要在海洋中连续采集数据,故了解系统在各状态下的功耗有着非常重要的意义。系统的功耗主要是指数字处理板的功耗和模拟处理板的功耗,系统在各状态下的功耗也部相同。测试中主要对数字处理板在各状态下的功耗进行了测量,实验采用�直流稳压电源对数字板进行供电,数字处理板上电后,恒温晶体需预热几十秒,系统达到稳定状态,此时,系统处于等待命令状态,测得该状态下数字板的功耗为����.����;当系统处于数据采集并向�卡中存储数据的状态时,测得数字板的功
�.����。可以看出系统的功耗较高,这是由于系统采用恒温晶体,致使功耗升高。其余�节为数字板供电,每�诘绯匚R蛔椋�孔楣┑绲缪刮�.�,电池容量为��。系统稳定性主要是测试系统的工作时间、采集能力和电池的供电能力。系统采用�节锂电池供电,�稟�ǖ懒��杉��也ㄐ藕牛�裳�德����媛��的�卡回放数据,可以看出采集的波形完好,没有数据丢失,说明电路方面部分指标已达到要由于实验需要,设计制作了矢量水听器钢框架结构和不锈钢水密罐。圆柱形钢框架结构用于悬挂矢量水听器,不锈钢水密罐里放置锂电池组、数字罗经模拟电路板及数字电路板,水密罐的盖子上面配有两个水密接头,一个是矢量水听器接口,一个是同步器接口。实物图见附录图�屯�。系统准备好后进行了水池实验,水池实验的主要目的是完成矢量水听器校准、系统配重、系统水密性检测以及系统性能检测等相关实验。■、./————\...一图��潜标锚底示意图
�~���。系统在水下正常工作�小时,采集得到海洋环境噪声数据。图��是潜标锚底示意图,潜标系统上携带矢量水听器和海洋环境噪声采集系统,试验时由工作船布放,潜标通过释放器连接锚块,直接锚定在海底,采集系统在水下进行长时间的噪声采集并将噪声数据与罗经信息和实时时钟信息实时存储到�卡中,到达预定时间后,工作船到达原设站位,水上机发出指令,释放器在接收指令后释放锚块,系统上浮回收。图��给出了系统采集的海洋环境噪声谱级图,这里的谱级是由采集的海洋环境噪声的真实谱级减去一定的常数得到。由图中可以看出,海洋环境噪声谱级在低频段范围内较高,噪声谱级随频率的增加而降低。海洋环境噪声谱级一~’
��本章小结本章首先对系统的电路噪声、�卡传输速率、功耗和系统的稳定性等进行测试,然后结合海上试验验证了系统的性能,海上试验证明了系统稳定可靠,能正确拾取海洋
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