文档介绍：摘要速、稳定的运行效果,其精度和实时性均达到设计要求。大洋钻结壳资源是世纪最具有商业开采价值的战略资源,无论从经济效益还是从维护国家海洋权益的角度来看,开发海底富钴结壳等矿产资源对我国都具有十分重要意义。而如何实现对采矿车前方微地形的实时探测则是富钴结壳优化采集过程中的关键。结合摆动式单探头单波束超声探测技术,本文提出了一种基于主频为ㄓ肈的微地形实时探测解决方案,并建立了相应的软、硬件平台。该方案采用疊凳蹦诤耍利用互相关信号处理技术,结合本课题组建立的最优切削深度模型,实现了三维地形的实时显示和最优切削深度计算。硬件平台由水下超声探测装置、高速信号采集卡、诵拇模块、四部分组成。通过数据采集卡将超声探测装置的发射波和回波信号转换成数字信号,送到高速薪写恚詈蠼ù好的萃ü觳酱型ㄑ督涌洗ǖ絇希现地形的三维显示。基于疊凳蹦诤耍疚奶岢鲆恢諩与协同的多线程调度策略,解决了同步信号接收,数据采集,数据处理,数据上传等多线程调度的关键问题。并且通过规范化程序接口,使所设计的惴ú恢苯佑氲撞阌布换ィù蟮奶岣吡巳砑目筛用性,便于系统的集成。本文还研究了喑讨械娜砑呕椒ǎ对系统关键代码进行了手工优化,极大地提高了代码执行效率。另外,由于本系统是一个独立的脱机系统,本文对如何固化代码实现自举运行作了详细地阐述。本文设计的所有硬件模块和程序代码都经过实际调试,能达到高关键词:微地形探测,实时,珼/中南大学硕士学位论文
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第一章绪论选题背景自行履带式采矿车菪鐾彩角邢魍——水力吸引集矿装置——管道扬矿装大洋钴结壳是一种重要的大洋多金属矿物资源,除含、、价金属外,富含以及等稀贵金属【卜引。海洋富钴结壳资源丰富,据不完全统计,整个大洋底下的多金属结核含量就达蛞诙帧迆恰4由细鍪兰甏前处于深海钴结壳开采技术世界领先水平,在进行了早期的连续绳斗法试验后,置”的钴结壳开采技术方案是一种可行、经济、快速的方案。软管到达中间舱,再由水力提升系统将矿浆通过扬矿管补输送到水面采矿根据前方区域的钴结壳起伏高度及厚度调整其切削位置,使其能尽可能少切削基岩,而切削更多的钴结壳层,满足采集率与贫化率要求,实现最优化采集。“十五诩洌心洗笱⒂陆淌诖炜翁庾槎陨詈N⒌匦渭嗖饧翱墒踊技术进行了研究,并在此基础上建立了实时优化开采模型,为最终实现水下钴结壳优化开采奠定了良好的基础【埘】。优化开采系统结构如图所示:扔开始,美国、德国、日本、俄罗斯等国纷纷开始了海底勘探活动的进程。进入年代,韩国、印度也纷纷加快了深海资源勘探与采集研究。其中,日本目将研制工作转移到集矿机、管道提升和水面系统方向,并完成了畹暮上试验。我国的深海资源开发技术研究虽然起步较晚,但是历经“八五”、“九五”、“十五’’的研究,已在采矿车研制,扬矿系统研究,水面系统研究,水下地形监测,微地形重构,测控系统研究,最优化采集方法研究等方面取得了重大进展,下一步将进行采矿系统浅海试验。借鉴我国在锰结核开采中累积的海底采矿车和管运扬矿系统的经验,“海底其基本的工作原理是:集矿子系统醇蠡在海底按预定路径行驶,由集矿机上的采矿头将多金属结核吸入集矿机并进行破碎。破碎后的矿浆经输送船~.~钻结壳矿床厚度很薄,平均不超过罴训那邢鞣绞绞茄亟峥呛穸惹削。由于基岩起伏不平,上覆的钴结壳层同样起伏不平,螺旋滚筒采矿头必须能中南大学硕士学位论文
在优化开采模型中,微地形探测是关键。微地形探测的目的是提供高精度的微地形特征数据,结合最优切削深度模型,为采矿头的控制提供依据。其中,探探头单波束超声测距方案,其探测精度可以达到以内。图为该方案示号,放大以后作为激励信号,使换能器产生的超声波。超声模拟信号采图詈n芙峥怯呕2上低辰峁测的实时性则是微地形探测的关键。经过对国内外各种水下测距方法的比较研究,该课题组设计了一种摆动式单意图:该方案选择了无锡海鹰集团声学研究技术中心开发的收发一体式超声波换能器。换能器的探头谐振频率为,探头直径穸任指向角为度。通过テ峁┢德饰个周期的方波脉冲信样则通过研华公司位数据精度的蹇ㄊ迪帧緕在信号处理方面,该方案通过互相关技术计算出回波到达时刻,从而确定被测点的距离值,再结合当时探头的摆动角度,就可以推算出被测点的高程数据。中南大学硕士学位论文第一章绪论图卜诙降ヌ酵返ゲㄊ饩嘣硗
实时信号处理技术但是,该方案的信号处理是在机上完成的,在裳实那榭鱿拢机无法实时处理如此大量的数据,因此,只能将采样后的数据存入到机小。结合钴结壳开采实际要求,其微地形探测关键还在于实时性。而高精度和实实验结果表明:该方案在采用裳省皇菥ǘ鹊牟杉ǖ那况下,结合互相关回波处理技术,可以将误差控制在以内。中,再通过进行相关处理、高程值计算,然后才能绘制出三维地形图