基于CompactRIO的小平台主动声呐数字平台硬件设计与实现

发布时间：2020-04-04 18:11

【摘要】：小平台主动声呐系统具有其体积小、重量轻特点,适应各类小型水面舰艇平台的安装使用,能在军事应用中能发挥高性能反潜作用。主动声呐系统中发射平台、数据采集传输平台与信号处理平台是其重要组成部分,主要完成信号发射、64通道模拟信号同步采集、存储、传输等工作。本文针对小平台主动声呐系统对数字平台的性能及小巧的需求,设计了一套以CompactRIO平台为核心的模块化软硬件平台。首先,本论文提出了小平台主动声呐的数字平台设计方案,其中发射与采集传输平台的设计通过使用CompactRIO嵌入式测控机箱搭配自制硬件板卡的方式实现。CompactRIO平台的坚固可靠性可以保证信号发射、数据采集传输的稳定性。包括信号发生,多通道数据采集和串口通信在内的自制硬件板卡采用模块化设计,提高了系统设计的灵活性、适应性和可靠性。信号处理平台的数据处理采用TMDSEVM6678L核心板实现,具有8核芯、1.25G主频的C6678处理器便于信号处理的并行实现,能够大大提高主动声呐系统的实时性。其次,在搭建的硬件平台基础上,完成了主动声呐系统的软件设计。主要包括CompactRIO平台的FPGA与实时处理器设计和多核信号处理器设计。其中FPGA模块负责GPS同步、信号发射控制、串口通信、64通道模拟信号和外围设备数据采集打包等工作;实时处理器负责系统工作状态控制、指令交互、原始数据锁存与网络传输等工作;多核处理器负责数据的实时接收处理等工作。最后,通过实验室调试,验证了该平台的信号同步发射、数据采集、存储和网络通信传输等功能的稳定可靠性。经过水池与湖上实验,验证了系统的可行性和实用性。
【图文】：

示意图,控制器,示意图,采集模块

好的波形数据，同时利用 CRIO 的 FPGA 模块控制 DA 芯道数据采集模块：考虑到接收水听器阵元多，要实现 64 因此要用多块 AD 采集模块来共同完成，考虑到模块板 32 通道采集模块，保证能根据系统的需求增加或减少采位同步模块：主动声呐系统除了需要实时知道母船位置的航迹，并且需要高精度的秒脉冲为系统生成同步信号块 GPS 定位模块完成以上功能。信模块：由于发射与采集两个平台分置与船上与水下电过电缆进行同步通信与 GPS 数据传输，此外系统还需要对外围传感器设备的采集，因此需要设计串口通信模块统的外设接口。台核心器件选型发射平台RS232端口4个IO模块卡槽

示意图,控制器,示意图,以太网

063 还提供了以太网连端口连接显控平台完成远程控制，高速的 USB 端口的各类波形文件存入 U 盘。cRIO-9063 控制器的详细特性如下：处理器内核：667MHz 双核 CortexA9 支持的操作系统：NI Linux Real-Time (32-bit) 网络接口：10/100/1000Mbps 三速以太网 USB 接口：USB2.0，高速工作温度范围：-20~55 度 FPGA 类型：Xilinx Zynq-7000、XC7Z020 逻辑单元数：85,000 触发器数：106,400 6 输入 LUT 数：53,200 DSP 片数（18×25 乘法器）：220 可用块 RAM：4480 kb2）采集传输平台双以太网端口电源连接口内置SD卡槽
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U666.7

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