阵列式MEMS矢量水听器的信息采集系统设计

设计了一种应用于阵列式MEMS矢量水听器的水下信息采集系统,用于采集水声信号和水听器姿态信息;采集信息经编码后通过RS422接口输出。设计了一种低噪声前置放大电路来对模拟信号进行调理;对于时统信号和姿态信号,采用抽样判决进行消抖,保证了信号接收的准确性。将采集系统与水听器封装一体后进行了测试,结果表明,系统工作稳定,可准确采集水听器的水下信息。     

稳像系统中相机姿态信息的采集与存储

介绍了MEMS惯性传感器ADIS16355的特性,阐述了对其进行读写和数据处理的方法,在此基础上,设计了一种应用于图像稳定系统的相机姿态信息采集与存储系统。该系统由FPGA控制,利用ADIS16355进行相机位姿数据的采集,并将采集到的数据存储于系统内的存储介质FLASH中。采集完毕后,通过USB接口实现与上位机的通讯,完成列图像偏移的校正,为提高图像利用率提供了基础。     

企业融合通信智能业务托管系统关键技术及应用开发

无线传感网是由微型传感器和信息采集网络组成的一种全新的信息获取平台。提出并实现了基于Zigbee的无线传感网在海底观测设备实时监测中的应用。该系统利用低频无线传感网技术,把海底观测监测设备的实时姿态信息传递给用户,能让用户及时了解仪器工作状态和故障信息,从而能有效地探测仪器设备的运行异常情况,减少和消除因仪器姿态异常引起的无效观测数据,提高了海底观测系统地工作效率和可信度。同样适用于其它水下设备姿态和相关信息的监测,有较大的推广价值。     

基于Zigbee的无线传感网在海底观测设备实时监测中的应用

无线传感网是由微型传感器和信息采集网络组成的一种全新的信息获取平台。提出并实现了基于Zigbee的无线传感网在海底观测设备实时监测中的应用。该系统利用低频无线传感网技术,把海底观测监测设备的实时姿态信息传递给用户,能让用户及时了解仪器工作状态和故障信息,从而能有效地探测仪器设备的运行异常情况,减少和消除因仪器姿态异常引起的无效观测数据,提高了海底观测系统地工作效率和可信度。同样适用于其它水下设备姿态和相关信息的监测,有较大的推广价值。     

仿生矢量水听器水下监测记录装置

介绍了仿生矢量水听器水下监测记录装置的结构与功能,该装置使用FPGA控制ADS8365来采集两个仿生矢量水听器的声压与振速信号,并将采集到的数据用Flash进行存储,在实验完毕后将数据通过USB口读出,本系统也可以实现水声数据的实时监测与传输;为分别从方案设计、硬件实现及软件系统等方面进行了详细的研究和描述.     

基于USB的WSN测试与分析系统

实时监控无线传感器网络（WSN）从单个节点到整个网络的运行状态,是进行无线传感器各类研究及应用开发的关键技术之一,为了克服基于UART的数据传输所存在的速率瓶颈问题,设计了一种基于USB的WSN监测系统,主要包括侦听节点和监测分析系统两部分。侦听节点采用CC2531 USB Dongle,以被动侦听的方式获取无线传感器网络的数据包（符合IEEE802.15.4标准）,封装后通过USB接口上传至上位机监测分析系统。上位机监测系统,通过USB接口读取数据帧、完成帧信息存储、解析。实验结果表明该设计能够实现数据传输并以图形方式动态显示网络运行状态。本监测系统的设计为开展WSN的各类理论及实验研究提供了有力的分析工具。     

基于MEMS的车辆姿态感知系统

针对MEMS传感器精度低、误差大等缺点,采用三轴加速度计、三轴磁强计和三轴陀螺仪进行组合姿态测量,使用卡尔曼滤波进行多传感器数据融合。将旋转矢量法解算出的陀螺仪的姿态四元数作为卡尔曼滤波的预测矢量,将高斯牛顿法解算出的加速度计和磁强计的姿态四元数作为卡尔曼滤波的观测矢量,建立卡尔曼传播方程,求出更高精度的姿态四元数,解算出姿态角,将 AHRS 中的姿态角与车辆的坐标系对应,实验结果表明车辆在不同状态下的姿态角度变化与车辆的运行状态一致。     

球形障板对矢量传感器测向的影响

矢量传感器的测向输出结果会受到其安装结构散射声场的影响,而球形障板是矢量传感器工程应用中最为常见的一种结构。在分析球形障板散射声场的基础上,采用有限元和边界元相结合的方法,对弹性球形障板散射场进行计算,得出矢量传感器的测向结果随其安装位置和信号的入射频率变化的影响规律,最后通过水池试验对其进行了验证。     

一种面向机动的低成本姿态测量系统

载体作机动运动时,基于加速度计和磁传感器的姿态测量系统易受载体运动加速度的影响而导致测量精度降低.通过将GPS加速度引入重力观测方程,有效补偿了载体运动加速度造成的姿态测量误差.利用基于重力场和地磁场矢量观测的迭代最小二乘姿态确定算法得到修正罗德里格姿态参数.姿态信息通过互补滤波器与陀螺仪测量值融合以提高动态响应.实验结果表明,该低成本姿态测量系统可明显提高机动环境下的姿态测量精度,姿态角测量误差小于3°.     

基于矢量建模的AUV水下目标探测仿真方法研究

采用矢量建模与虚拟仿真技术,模拟自主水下机器人(Autonomous Underwater vehicle,AUV)环境感知功能,对目标探测传感器视域及目标特征进行矢量建模。根据目标探测传感器的特征参数,利用边界矢量点描述目标探测的视域范围。以三维地理信息系统理论为基础,采用基于面向对象数据模型和基于表面三角剖分的方法来构建水下目标的三维空间数据模型。以三角形的空间拓扑关系为基础,分析了任意两实体的空间拓扑关系,并将其用于水下未知目标探测。通过水下目标的建模实例和探测仿真实例验证了建模与目标探测方法的正确性和可行性。     

卫星遥感反演海面风矢量数据真实性检验与质量评价

微波散射计(QuikSCAT)和微波辐射计(WindSAT)的10m风矢量数据是目前覆盖范围最大、持续时间最长的海面风场卫星数据产品。利用QuikSCAT和WindSAT运行时间重叠的风矢量原始轨道资料,分别与同步的全球海洋浮标实测风矢量资料进行比较。结果显示:QuikSCAT平均风速略大于浮标,平均绝对误差约为1m/s;风向平均绝对误差在8°以下。WindSAT平均风速略大于浮标,平均绝对误差不超过0.5m/s,均方根误差约为1m/s;风向平均绝对误差在10°以下。在全球海域,QuikSCAT和WindSAT风矢量数据质量高,可信度极好。QuikSCAT和WindSAT在同一点上空的过境时间为准同步,并且二者的风矢量数据相关性极好,可以互相替代。     

基于机会网络的海洋浮标数据分发技术研究

机会网络是无线传感器网络的新发展,具有不要求网络全连通的特点,与海洋浮标组网特点相适应。基于机会网络的海洋浮标数据传输技术是通过机会网络使得不具备远程回传能力的小型化、低成本海洋漂流浮标所采集的海洋水文数据也有机会通过网络化的方式将数据回传。本文提出一种针对基于机会网络的海洋浮标数据分发方案并进行了仿真,并分析该方案的适用范围,最后对下一步的研究内容与方向进行展望。     

基于抛物方程法的矢量场分析与仿真

研究海底声纳系统优化识别问题,海洋环境中的声传播是水声学研究领域中的一个经典问题.传统研究只关心声压场而不能实现振速和声压的联合处理,而且对低频声矢量场的研究也比较少.为了提高声纳系统性能,通过尤拉方程给出声矢量场的计算模型,采用抛物方程方法对声场声压进行计算,再利用差分法对声场振速等矢量场参数进行数值求解,并分析了具有弹性海底的浅海波导中的声矢量场.仿真结果表明,采用抛物方程法能够快速准确的计算海洋环境中的声矢量场,并实现振速和声压的联合处理,适用于声矢量场的快速预报,为提高声纳系统性能提供了依据.     

二维和三维矢量场的可视化

矢量场可视化用来帮助人们直观理解二维和三维矢量场。由于目前的矢量场可视化方法只能展示二维矢量场的方向而不能展示强度,并且对于三维矢量场可视化的效果不太令人满意,因此本文提出了用线积分卷积来实现二维平面矢量场可视化,以及三维空间矢量场可视化的方法。对于线积分卷积中的流线跟踪,利用扩展的Bresenham画线算法的思想,实现了二维平面和三维空间流线的跟踪,并且通过建立一个二维表和三维表来分别存储二维平面矢量场和三维空间矢量场中每个点在流线中的上一个点和下一点的位置,来避免传统流线跟踪方法的冗余计算,提高了效率。对于二维平面矢量场,把线积分卷积的结果和矢量的强度进行加权平均,从而利用输出图像的纹理和颜色,共同来表现矢量场的方向和强度。对于三维空间矢量场,利用体线积分卷积（Volume Line Integral Convolution, Volume LIC）的方法来得到输出体纹理,并且用光线投射的体渲染方法来展示三维空间矢量场。结果显示出本文的方法能够清晰直观的看到二维平面矢量场和三维空间矢量场。     

用三维MEMS力学量传感器对涌浪微观形态测量的研究

涌浪的形态对舰船驾驶航行、渔业生产、海洋作业和堤坝设施等具有很大的影响.对海浪的形态研究在军事、水上交通、海洋工业、渔业和民生方面都具有特殊的意义.MEMS力学量传感器是一种环境适应能力极强的微机电器件,用三维MEMS力学量传感器可以测量动态质点的速度、加速度、摆角和倾角等参数.通过三维MEMS力学量传感器的三维参数测量和分解可以得到涌浪质点的实时运动速度和运动轨迹数据,从而为涌浪的微观形态研究提供了依据.MEMS力学量传感器具有体积小、重量轻和输出灵敏度高等特点,特别适合于对海浪实时形态的研究.     

一种无线浮标传感器网络覆盖优化算法的研究

无线浮标传感器网络是无线传感器网络应用于海洋监测领域的典型方式,而网络覆盖问题是衡量无线浮标传感器网络工作性能的重要指标之一。文中主要研究了一种适用于无线浮标传感器网络的覆盖优化算法。该算法的基本思想是在节点密集部署的监测区域中让每个节点与邻居节点交换信息以确定所要激活的最终候选节点,并将其他冗余节点设为休眠状态,以达到在所需的期望值下降低能量消耗的作用。不同网络规模的Matlab仿真结果分析可知该算法可以适当减少能耗,延长网络的寿命。     

SZF波浪浮标双通信数据接收回放系统

该系统目的是作为SZF波浪浮标的上位机接收软件,采用Microsoft Visual Studio 2005作为软件平台,利用Visual C＋＋开发语言编写。上位机采用串口通信的方式分别通过GSM模块和数据接收机与浮标进行通信,实时接收浮标传送过来的数据,并且利用ADO数据库开发技术访问Access2007,实现对数据的保存。在实现波浪浮标数据实时显示与数据库存储同步进行的基础上添加了数据回放功能,可以主动索取存储在接收机上的波浪数据,并将其进行处理与转换。目前该数据通信软件已成功应用于有关的海洋工程部门单位,运行可靠。     

基于无线传感网络的水质在线移动监测系统

针对静态离线水质监测方法存在采样误差大、监测频次低、监测数据分散以及无法实时反馈水质状况的连续动态变化等问题,研发了基于无线传感网络的水质在线移动监测系统.该系统由水下监测器、浮标节点和可视化软件组成.水下监测器模仿金枪鱼外观设计,内部装备水质传感器(温度、pH、浊度和电导率等)用于获取水质参数信息;浮标节点采用太阳能供电方式,负责接收、处理、中继及转发来自多个水下监测器的数据;多个水下监测器之间,水下监测器与浮标节点之间采用170 MHz无线射频模块或水声通信,浮标节点与岸边基站采用ZigBee通信;可视化软件包括上位机与移动终端.本系统的实施解决了传统人工取样监测的局限性,实现水域任意点的水质在线监测.     

基于CDMA无线网络的浮标数据通信系统

在海洋监测中,海洋仪器设备是人类认识海洋、开发利用海洋资源和保护海洋环境的重要技术手段。其中资料浮标是海洋监测的主要手段之一。随着CDMA技术的广泛应用,近年来也被应用到海上浮标的无线数据通讯中。相比之GSM、北斗等通讯方式,CDMA网络具有数据传输量大、成本低等优点。文中以Visual studio2005为工具开发了基于CDMA无线网络的浮标数据通信系统,浮标数据通信系统已在海上正常运行6个月。同时对接收到的数据和波浪骑士及其他仪器进行了对比,通过对比可以说明此系统稳定、可行,接收到的数据真实可靠。     

基于LabVIEW的海洋资料浮标测试系统设计与实现

为了提高海洋资料浮标主控系统功能和性能测试的效率和可靠性问题,提出了采用基于LabVIEW开发的集成测试系统;该系统由海洋传感器模拟器、北斗通讯机模拟器、数据分析器组成;具体介绍了传感器模拟器的结构模型和LabVIEW程序实现,讨论了数据分析器和北斗通讯机模拟器的作用和关键问题;实践表明,该测试系统开发周期短,灵活高效,为海洋资料浮标系统的功能和性能测试提供了一种切实有效的解决方案.