Sualtı insansız dalgıç araç kurtarma yön bulma ve arama cihazı
Hu Biwei, Cai Wenyu, Wen Duanqiang, Zhang Juanjuan
(Elektronik Bilgi Okulu, Hangzhou Dianzi Üniversitesi, Hangzhou 310018, Zhejiang)
Yüksek hassasiyetle yerini tespit edebilen ve çoklu radyo frekansı kaynaklarını destekleyen bir su altı insansız dalgıç (AUV) kurtarma yön bulma cihazı tasarlanmıştır. Yönlü anten, AUV üzerindeki RF kaynağından sinyal almaktan sorumludur.Arama yapan kişi önce sinyali, düşük gürültülü RF amplifikasyon modülü ve iletim işlemi sırasında sinyalin anti-parazitini ve maksimum iletişim mesafesini büyük ölçüde garanti eden RF algılama modülü aracılığıyla yükseltir ve tespit eder. . Daha sonra sinyal gücü değerini ve sinyal alıcı ve gönderen kaynaklar arasındaki mesafe değerini görüntülemek için sinyal ekranı ana kontrol modülü aracılığıyla ve son olarak AUV'nin radyo frekansı konumlandırmasını tamamlayın. Deneyler, araştırmacının uygulanabilir frekans bandının, farklı frekanslardaki radyo frekansı sinyal kaynaklarını destekleyebilen 50 MHz-1200 MHz olduğunu kanıtlamıştır.Yüksek yön bulma doğruluğunun sağlanması koşuluyla, maksimum menzil bulma 10 km'ye ulaşabilir ve hata kontrol edilebilir. % 10 içinde.
İnsansız dalgıç araç kurtarma; radyo frekansı konumlandırma; arama cihazı
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN966
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.02.013
Çince alıntı biçimi: Hu Biwei, Cai Wenyu, Wen Duanqiang ve diğerleri.Sualtı insansız araç kurtarma yön bulma arama cihazı Elektronik teknoloji uygulaması, 2017, 43 (2): 58-60, 64.
İngilizce alıntı biçimi: Hu Biwei, Cai Wenyu, Wen Duanqiang, ve diğerleri.Otonom su altı aracı kurtarma için yön bulma ve arama cihazı.Elektronik Tekniğin Uygulanması, 2017, 43 (2): 58-60, 64.
0 Önsöz
Denizlerin gelişimi gittikçe daha önemli hale geldiğinden, su altı insansız dalgıç AUV çeşitli ülkelerin dikkatini çekti. Ancak AUV'ler için kurtarma süreci okyanus akıntıları, deniz meltemi ve diğer çevresel etkilerden etkilenecek ve önceden belirlenen yön ve mesafe değişecek, bu nedenle kurtarma işlemi sırasında hassas konumlandırma çok zor hale gelecektir. Şu anda, AUV kurtarma için konumlandırma yöntemleri arasında hidroakustik konumlandırma, uydu konumlandırma, elektromanyetik konumlandırma ve optik konumlandırma bulunur.Bunlardan hidroakustik konumlandırma ve uydu konumlandırma yalnızca genel uzaktan konumlandırma için uygundur ve AUV kurtarma işleminin anahtarı, karşılanması gereken kısa menzilli konumlandırmadır. Çok yüksek konumlandırma doğruluğu; elektromanyetik konumlandırma ve optik konumlandırma, kısa mesafeli konumlandırma için uygundur, ancak elektromanyetik konumlandırma, AUV'nin manyetik alanı tarafından kolayca engellenir ve değişken manyetik alandaki kurtarma işlemlerinden kaçınılmalıdır; optik konumlandırma, deniz suyu arka plan ışığı, bulanıklık ve kırılmadan etkilenecektir Diğer faktörlerin etkisi, yalnızca maliyeti artırmakla kalmayan, aynı zamanda konumlandırmanın doğruluğu da garanti edilemeyen belirli önlemleri (arka plan ışığını filtrelemek gibi) gerektirir.
Yukarıda bahsedilen araştırma durumuna bağlı olarak, bu yazıda tasarlanan insansız dalgıç araç kurtarma yön bulma araştırıcısı tarafından benimsenen konumlandırma yöntemi, radyo frekansı konumlandırmasıdır Radyo frekansı konumlandırma, radyo frekansı sinyalleri aracılığıyla nesnelerin tanımlanması ve hedef kaynağın konumlandırmasının tamamlanması anlamına gelir.Bu konumlandırma teknolojisinin çalıştırılması kolaydır. Çevreden kaynaklanan parazit nispeten küçüktür, bu nedenle arama cihazının tasarımı için çok uygundur. Genel sistemin gerçek uygulama diyagramı Şekil 1'de gösterilmektedir.
1 Sistem çalışma prensibi
Genel arama aracının dahili çerçeve diyagramı Şekil 2'de gösterilmektedir. Düşük gürültülü radyo frekansı yükseltme modülü, anten tarafından alınan radyo frekansı sinyalini yükseltir, yükseltme kazancı 20 dB'ye ulaşabilir ve gürültü rakamı 1 dB içinde kontrol edilebilir; radyo frekansı algılama modülü, yükseltilmiş sinyali algılar ve son olarak algılanan DC voltaj sinyalini dönüştürür Sinyal gücü veya iletişim mesafesidir ve bunu görüntülemek için sinyal görüntüleme modülünün dijital tüpünü ve LED ışığını kullanır ve düğme, dijital tüpün ekran içeriğini değiştirmekten sorumludur. Güç kaynağı, 9 V şarj edilebilir bir lityum pildir.
2 Sistem donanımı
2.1 Düşük gürültülü RF amplifikatör modülü
Düşük gürültülü radyo frekansı amplifikasyon modülünün çerçevesi Şekil 3'te gösterilmektedir. Modül devre şematik tasarım yazılımı, Agilent tarafından başlatılan ADS simülasyon yazılımıdır, ana kontrol yongası ATF54143'tür. Bu yükseltici modülün tasarım beklenti endeksi, sinyali 20 MHz ila 1200 MHz frekans bandıyla yükseltmektir, kazanç 20 dB'den fazla olabilir ve gürültü rakamı 1 dB dahilinde kontrol edilebilir.
2.2 RF algılama modülü
Radyo frekansı algılama modülünün çerçevesi Şekil 4'te gösterilmektedir. Ana kontrol yongası, gerçek bir etkili değer yanıtı güç algılama yongası AD8362 kullanır Radyo frekansı algılama modülünün beklenen tasarım indeksi, 50 MHz 3800 MHz frekans aralığı ve -80 dBm 20 dBm gücünün radyo frekansı sinyallerine dönüştürülmesidir. DC voltaj çıkışı.
2.3 Sinyal ekranı ana kontrol modülü
Sinyal ekranı ana kontrol modülünün çerçevesi Şekil 5'te gösterilmektedir. Modül tasarımının beklenen amacı, -80.0 dBm ila 20.00 dBm aralığında sinyal gücü değerini ve buna karşılık gelen mesafe değerini dört basamaklı bir dijital tüp ile doğru bir şekilde göstermektir.Ana kontrol yongası STM32F103CB'dir.
3 Sistem yazılımı
Sistemin yazılım kısmı temel olarak iki kısma ayrılmıştır: (1) Düşük gürültülü radyo frekansı amplifikasyon modülünde ADS yazılım simülasyonu; (2) Sinyal ekranı ana kontrol modülünde AD dönüşümü ve nixie tüp sürücüsünün tasarımı.
3.1 Düşük gürültülü RF amplifikatör modülünün ADS yazılım simülasyonu
Düşük gürültülü radyo frekansı amplifikasyon modülündeki ADS yazılım simülasyon akış şeması Şekil 6'da gösterilmektedir.
Simülasyon sürecinde temel kısım, verim simülasyon analizidir.Önce, YIELD simülatörü ve YIELD parametrelerini son ADS devre şemasına ekleyin ve ardından belirlenen hedef altındaki amplifikatörün nitelikli oranını analiz edin ve bileşenlerin olduğundan emin olun. Parametre değişiklikleri normal dağılıma uygundur.
3.2 Sinyal ekranı ana kontrol modülü ile ilgili program tasarımı
Sinyal ekran ana kontrol modülünün ilgili program tasarımının akış şeması Şekil 7'de gösterilmektedir.
Bu modülün programlama sürecinde en önemli şey, sistem saatinin, I / O portunun ve ADC'nin konfigürasyonunu başlatmak ve ardından nixie tüpünün ve LED ışığının sürüş ve veri alımını tamamlamaktır. İlgili kod, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Keil Software'in Keil yazılımında tamamlanır.
4 Sistem hata ayıklama
Deneysel verilerin güvenilirliğini sağlamak için, Qiantang Nehri'nin yanındaki Yanjiang Bulvarı'nda yön bulma araştırıcısının hata ayıklama konumu seçildi. Araştırıcı ve antenin genel fiziksel haritası ve test haritası Şekil 8'de gösterilmektedir.
Test sırasında, sınırlı alan nedeniyle, sinyal alıcı ve gönderen kaynağın konum mesafesi yalnızca 1000 m'ye ulaşabilir.Test sırasında, RF sinyal gönderme kaynağı 220 MHz 240 MHz frekans bandı ve 5 W iletim gücü kullanır. Radyoyu iletin. Kablosuz kanalın zayıflatma formülüne göre ve amplifikatör modülünün 20 dB kazancı ve 7,5 dBi anten kazancı hesaba katılarak 100 m, 200 m, 500 m ve 1000 m'de karşılık gelen alınan sinyal gücü standart değerleri -2.50 dBm, -8.52 olarak elde edilebilir. dBm, -16,5 dBm ve -22,5 dBm; ve bu formül sayesinde, mesafe değeri 10 km olduğunda alınan sinyal gücü değerine karşılık gelen mesafe değerinin -50 dBm olduğu, yani -80 dBm'den çok daha az olduğu, yani teorik olarak bilinebilir. İletişim mesafesi 10 km'ye ulaşabilir. Genel kurtarma yönü bulma araştırıcısının yön bulma ve menzil değiştirme fonksiyonunun test adımları aşağıdaki gibidir:
(1) Yön bulma fonksiyonu testi. Aynı mesafede antenin dönüş yönünü ayarlayın, karşılık gelen sinyal gücü değerini kaydedin ve elde edilen test değerini ilgili standart değerle karşılaştırarak hata değerini elde edin Sapma açısı ile sinyal gücü değeri ve mutlak hata değeri arasındaki ilişki Şekil 9'da gösterilmiştir. Gösterildi.
Şekil 9'dan aynı mesafede, ölçülen sinyal gücü değerinin, antenin verici ucunun açısı döndüğünde ve nehir boyunca yönün 0 ° olduğunda en büyük olduğu ve ölçülen değer ile standart değer arasındaki hatanın en küçük olduğu görülebilmektedir. Aralık ± 1 dBm içinde beklenen endekse ulaşır; sapma açısının mutlak değeri arttıkça, ölçülen sinyal gücü değeri daha küçük olacak ve ilgili hata değeri daha büyük olacaktır. Bu nedenle, bu yön bulma cihazının yön bulma işlevi daha doğrudur.
(2) Değişen fonksiyon testi. Her test konumunda maksimum sinyal gücünün yönünü (yani, nehir boyunca cadde boyunca) bulduktan sonra, yönü değiştirmeden tutun ve dijital tüpün ekranını gözlemleyerek karşılık gelen sinyal gücü değerini kaydedin. Ekranı değiştirmek ve karşılık gelen değeri kaydetmek için tuşuna basın. Mesafe değeri ve elde edilen test değerini hata analizi için standart mesafe değeri ile karşılaştırın. Gerçek mesafe değeri, test mesafesi değeri ve mesafe hata yüzdesi eğrileri Şekil 10'da gösterilmektedir.
Şekil 10'dan, ölçülen mesafe değerinin değişim eğrisinin ve gerçek mesafe değerinin 1 eğimli doğrusal bir düz çizgiye yakın olduğu ve mesafe değerinin maksimum hata yüzdesinin yaklaşık% 6,20 olduğu ve ölçülen mesafe değeri kademeli olarak arttığı zaman da hata olacağı görülmektedir. Daha küçük hale gelir, bu nedenle arama yapanın aralık işlevi daha doğru olur.
5. Sonuç
Araştırmacının tasarımı beklenen gereksinimleri karşılar ve düşük gürültülü radyo frekansı amplifikasyonu, radyo frekansı algılama, nixie tüp sürücüsü, sinyal gücü ve mesafe göstergesinin temel işlevlerini gerçekleştirir; geniş bir çalışma frekansı bandına sahiptir ve farklı frekanslardaki radyo frekansı sinyal kaynaklarını destekleyebilir; Test sırasında, hedef konumlandırma doğruluğu yüksektir, bu nedenle arama yapan kişi gelecekte gerçek deniz deneme testine uygulanabilir ve işlevi sürekli olarak iyileştirilebilir ve optimize edilebilir.
Referanslar
Wang Zhixue, AUV kurtarma sırasında hareket kontrol yöntemi üzerine araştırma Harbin: Harbin Engineering University, 2006.
Pan Guang, Huang Mingming. AUV geri dönüşüm teknolojisinin durumu ve gelişme eğilimi Xi'an: Northwestern Polytechnical University, 2008.
Wang Xiaojuan, AUV su altı kurtarma rehberliği ve vizyona dayalı konumlandırma teknolojisi üzerine araştırma Harbin: Harbin Mühendislik Üniversitesi, 2011.
Wang Xuefeng, Lu Ruxin Sualtı araçlarının konum göstergesi ve kurtarma ve kurtarma için yeni teknolojiler üzerine araştırma Gemi Mühendisliği, 2002 (4): 52-55.
Li Xiangyang. Bir konumlandırma sisteminin radyo frekansı ileten ön ucunun tasarımı ve uygulaması Chengdu: Çin Elektronik Bilimi ve Teknolojisi Üniversitesi, 2010.
