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1、92傳感器與微系統(tǒng)(Transdui~erandMierosystemTechnologies)2010年第29卷第5期基于多處理器的水下潛器定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)鄧新文，孫大軍，湯繼偉(1．中國(guó)人民解放軍91388部隊(duì)，廣東湛江524022；2．哈爾濱工程大學(xué)水聲工程學(xué)院，黑龍江哈爾濱150001)摘要：設(shè)計(jì)了一種對(duì)水下潛器實(shí)時(shí)定位的微處理系統(tǒng)，采用寬帶超短基線定位方法，通過在潛器上加裝聲學(xué)傳感器來實(shí)現(xiàn)對(duì)潛器的實(shí)時(shí)定位。為了實(shí)時(shí)接收處理聲學(xué)傳感器發(fā)出的定位信號(hào)，設(shè)計(jì)了基于多DSP的數(shù)字信號(hào)處理微系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用3片高性能TMS320C6416處理器
2、結(jié)合一片F(xiàn)PGA芯片，完成對(duì)水下目標(biāo)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和定位解算功能。試驗(yàn)結(jié)果表明：該定位系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的軌跡跟蹤誤差小于1％斜距誤差，具有良好的定位性能。關(guān)鍵詞：超短基線；微處理系統(tǒng)；實(shí)時(shí)信號(hào)處理中圖分類號(hào)：TN767．7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-9787(2010)05--0092-041一●^_-l---‘-●DesignorSUDmarinevehiclepositloninRsystembased0nmulti·processorsDENGXin—wen，SUNDa-jun，TANGJi．wei(1．TheChinesePeopl
3、e’SLiberationArmy91388，Zhanjiang524022，Chin8；2．CoHegeofUnderwaterAcousticEngineering，HarbinEngineringUniversity，Harbin150001，China)Abstract：Amicroprocessingsystemisdevelopedforpositioningthesubmarinevehiclesinrealtime，whichadoptswide-bandultra—shortbaseline(USBL)positionin
4、gmethodtotrackthetargetofinterestthroughonhoardsensorsinthevehicles．Inordertosatisfythereal-timeperformance，amicrosystembasedonmulti—DSPisdesignedtoreceiveandprocesssignals．ThissystemmakeuseofthreehishperformanceTMS320C6416chipsandoneFPGAchiptoacquiredataandsolvethetargetp
5、ositionforsubmarinetarget．Thetrialresultshaveindicatedthatthesystemprecisionofthetargettrackinlessthan1％ofslantrangeerror．whichhasexcellentpositioningperformance．Keywords：ultrashortbaseline(USBL)；micro-processingsystem；realtimesignalprocessing0引言硬件實(shí)現(xiàn)方案。由于系統(tǒng)采用了多DSP并行處理技術(shù)，大隨
6、著海洋技術(shù)的迅猛發(fā)展，水下潛器在石油勘探、深海大提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信號(hào)處理能力。打撈等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛?。為了保障潛器的作業(yè)1超短基線定位原理安全，通常通過在潛器上加裝聲學(xué)傳感器采用超短基線方寬帶水聲定位是通過測(cè)量聲波在水下傳播時(shí)間和信號(hào)式進(jìn)行跟蹤和定位。由于潛器的工作環(huán)境通常比較復(fù)到達(dá)陣元的時(shí)延差來確定信標(biāo)位置，即測(cè)定聲波在水下傳雜，常規(guī)的窄帶聲學(xué)定位系統(tǒng)容易受到相位模糊、象限畸播的往返時(shí)間t，再由R=ct／2計(jì)算信標(biāo)距基陣的距離，測(cè)變、多途干擾等問題的困擾，而寬帶聲學(xué)定位系統(tǒng)，可以定各陣元接收聲波信號(hào)的時(shí)延差計(jì)算信標(biāo)的俯仰角和方位減少
7、多途、反射和混響對(duì)系統(tǒng)定位精度的影響，提高作用距角，從而確定被測(cè)信標(biāo)的位置坐標(biāo)。離和系統(tǒng)的定位精度J，因此，目前國(guó)際上先進(jìn)的超短基如圖1所示，聲信標(biāo)s發(fā)出的信號(hào)到基陣原點(diǎn)的聲線線定位系統(tǒng)都使用寬帶信號(hào)進(jìn)行定位J。與軸及y軸的夾角分別為和，聲信標(biāo)距基陣的距離寬帶定位技術(shù)需要實(shí)時(shí)相關(guān)運(yùn)算和雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算，R=et／2，其中，t為聲波往返時(shí)間，C為聲波的傳播速度，．s算法的計(jì)算量較大，經(jīng)過比較論證，本文提出了由三片為
8、s在XOY平面上的投影，它與軸的夾角0為信標(biāo)水平高性能定點(diǎn)DSP芯片TMS320C6416組成的并行處理器方位角。收稿日期：201
9、0-03-02基金項(xiàng)目：國(guó)家“863”計(jì)劃資助項(xiàng)目(2oo7從0909z12O)第5期鄧新文，等：基于多處理器的水下潛器定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)93AD7655是一種低成本，4通道，16位，
