海底光缆路由跟踪系统设计与实现.pdf

I摘 要 随着沿海地区经济发展和国防形势的变化， 海底光缆通信系统对于我国沿海对岛屿的通信越来越重要，海底光缆施工和维护中，引导水下机器人找到海底光缆的专用设备必不可少本课题来源于中国人民解放军海军对海底光缆施工和维护配套专用设备的需求，研究并设计了基于双三维磁探头阵列的海底光缆路由跟踪系统 论文介绍了研制海底光缆实时路由跟踪系统的背景和必要性， 概述了国内外海底光缆路由跟踪设备的应用现状，分析了海底光缆路由跟踪系统应实现的功能，提出基于双三维磁探头阵列的解决方案论文详细阐述了基于双三维磁探头的有源交流电磁法探测海底光缆路由的原理，以此为基础建立了实时跟踪海底光缆距离和方位的数学模型，介绍了系统总体结构设计在介绍了信号处理电路的组成和结构后，设计了能有效接收空间磁场信号的磁探头的结构、外型和参数，对信号处理电路的前置模拟电路的设计做出了详细的描述探讨了 DSP 在现代信号处理方面的应用，介绍了 TMS320C5409 DSP 的特点并详细阐述了基于该 DSP 的数字信号处理模块的设计解决了水下电子仓信号稳定上传的问题，为水面计算机终端设计了可靠的电源管理模块和人机界面软件最后论文展望了海底光缆路由跟踪方法的发展和后续工作。

采用双三维磁探头的海底光缆路由跟踪系统方案， 有效的解决了水下机器人和其他水下平台在海底光缆维修和施工中实时跟踪光缆路由的问题，为水下机器人的定位和找到光缆提供了必不可少的条件 关键词：海底光缆 路由跟踪 双三维磁探头 数字信号处理 IIAbstract With the development of economic and the transformation of national defence position, The importance of submarine optical cable communication systems in communication between coastland and islands is emphasizing. A special equipment to direct ROV to submarine cable is absolutely necessarily in the process of submarine cable system construction or maintenance. This item is root in PLA NAVY’ s requirement of special equipment used in the process of construction or maintenance. for submarine cable system.. A submarine cable route tracking system basing on double three- dimensional magnetism sensor is designed in this thesis. The thesis firstly discusses the necessity of submarine cable route tracking system, and then studies both domestic and overseas current situation of submarine cable route tracking system’ application. After analyzing the function of submarine cable route tracking system ，thesis bring up the solution which based on double three- dimensional magnetism sensor. Submarine cable route tracking in real time from using double three- dimensional magnetism sensor theory is particular expatiate. depending on this theory thesis founds the mathematical model for detecting submarine cable’ s distance and direction in real time. the system’ s construction is discussed. After the frame of signal disposal electrocircuit be depicted, the thesis designs the magnetism sensor’ s structure, shape and parameter which makes magnetism sensor can receive the electromagnetism signal in the space, describes the prepositive analog circuit, discusses the application of DSP in modern signal disposing. The thesis introduces the feature of TMS320C5409 DSP and describes the design of digital signal disposing module which based on TMS320C5409 DSP. The thesis solves the problem of the signal stability communication from submarine electron box. A dependable power management module and interface software are signed in this thesis. ths thesis expect the development of submarine cable IIIroute tracking system and the research in the future. The sign of submarine cable route tracking system solves the problem of submarine cable system construction or maintenance. Keywords: Submarine Optical Cable Route Tracking Double Three- Dimensional Magnetism Sensor Digital Signal Processing 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密□ ，在_____年解密后适用本授权书 不保密□ （请在以上方框内打“√” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 11 绪论 1.1 课题背景和意义 本文设计一种基于水下双三维磁探头阵列的海底光缆路由实时跟踪系统 现代战争形态和我国海防形势的变化使我军设防岛屿特别是东南沿海和西沙、南沙方向诸岛信息安全的重要性逐渐凸显。

由于海底光缆通信具有通信容量大，抗干扰性能好等突出优点，目前被广泛应用于跨海与跨洋通信我国已开始为重要的岛屿建设海底光缆通信系统，已有多条海底光缆通信系统建成开通，今后几年还将有更多的项目陆续建设，特别是军事通信重点方向的海底光缆通信系统 大量海底光缆工程的建成和上马对海底光缆通信系统的维护和施工提出了更高的要求，0 7年初台湾海域地震造成多条国际海底光缆中断一个多月的事故表明，提高海底光缆施工和维护的质量和水平对于保持海底光缆通信系统可通率，提高维修效率尤为重要[ 1 ] [ 2 ] 近年来，水下机器人做为海底缆线工程的一种重要有效的施工设备，得到了广泛的应用和快速的发展，现代的海底光缆施工中国际上已经大量使用海底光缆埋设方式进行铺设并通过水下机器人来实施施工和维护工作在国外，有缆遥控式水下机器人和无缆自主式水下机器人已经在海底光缆埋设、故障维修、路由调查和跟踪检测方面得到了广泛的应用，取得了良好的效果我国目前也已经在这一领域有所发展，目前海军和地方施工公司已经有多款水下机器人和埋设机投入海底光缆的建设施工和日常维护中[ 3 ] 水下机器人应用于海底光缆的维修与埋设必须解决以下几个问题： 一是水下机器人需探知海底光缆的位置，海底光缆的检测或是故障维修，机器人平台都必须精确的确定海底光缆位置以到达海底光缆上方进行作业，所以需要专门的设备来探知海底光缆的位置信息；二是埋设海底光缆的维修施工需要准确定位海底光缆故障点位置，为维修提供准确的位置信息；三是海底光缆埋设深度的检测，2海底光缆埋设深度的检测对于埋设工程的复验和海底光缆维修的打捞工作都是必不可少的[ 4 ] [ 5 ]。

海底光缆路由跟踪系统是一个能够连续探测、跟踪铺设于海底（敷设或埋设）的通信光缆空间位置的有源探测系统其基本功能是实时探测海底光缆相对天线阵列的距离和方位、故障点的位置及海底光缆的埋设深度其用途主要有： 1 ）用于海底光缆的打捞与维修海底光缆的维修是保证海底光缆生命力的重要问题，如果这一问题不能得到很好解决，那么建设海底光缆必将受到严重影响该系统搭载于水下机器人上为水下机器人提供实时的海底光缆距离和方位信息，引导机器人的水下的施工和维修 2 ）用于海底光缆的路由探测人们利用海洋和开发海洋的活动日益频繁，海上工程项目越来越多，其中难免碰到海上工程在海底光缆路由附近施工，有的甚至发生直接冲突，这将直接危及我海底光缆的安全为了防止和避免发生意外，就需探测海底光缆的准确路由 3 ）用于海底光缆的跟踪埋设海底光缆通信线路的中断时有发生，海底光缆敷设的趋势是海底光缆埋设化，而海底光缆埋设时，要求实时的探测海缆路由保证施工机器人的航向稳定并记录海底光缆的埋深等数据作为施工数据资料保存为今后的维修提供数据保障[ 6 ] 本系统的研制，将使我军海底光缆的维修和施工技术上一个新的台阶，对增强海底光缆的生命力和生存能力提供一种全新的技术保障手段，特别是对长距离无中继海底光缆的建设与维修具有重要意义。

1.2 研究内容和目标 1 ）研究内容 本课题设计一种基于水下双三维磁探头阵列的海底光缆路由实时跟踪系统 （1 ）根据海底光缆施工和维护过程，研究确定实时跟踪路由的手段，提出可靠的路由跟踪解决方案 3（2 ）根据解决方案，建立数学模型，设计合理的系统结构和工作方式 （3 ）分析探测信号的接收和处理过程及原理，完成信号接收和基于 D S P 的信。