嵌入式侧扫声纳模块化硬件设计与实现

发布时间：2020-06-08 22:35

【摘要】：海洋科学正在高水平快速发展,对海洋探测设备的需求也在逐年增加,设备种类和探测方式也呈现嵌入式、多元化、多模式、小型化的高速发展态势。侧扫声纳就是探测应用较为广泛的设备之一,而设备设计和使用过程中的重量、安装尺寸以及数据存储读取方式等,对于侧扫声纳使用的灵活性而言成为关键的使用制约因素。传统拖曳式侧扫声纳已无法满足当今海洋探测设备的使用需求。本文以嵌入式侧扫声纳模块化硬件设计与实现为主要研究内容。论文首先对国内外侧扫声纳的技术发展历程和应用背景及意义进行了简要概述。并根据侧扫声纳的使用需求确定了设计指标。然后,根据设计指标对侧扫声纳的关键参数进行理论设计分析,包括:侧扫声纳成像的基本理论原理、换能器频率特性与指向性特性、分辨率与信号脉宽的关系、海底反向散射强度特性、声信号传播损失特性以及发射声源级和发射声功率特性,并给出了硬件平台的理论计算参数。根据理论计算参数,设计并实现了模拟电路和数字电路两部分。模拟电路实现了发射机和接收机电路性能指标,同时对电路的功能进行了调试测试。其中发射机部分包括:发射信号驱动电路、功率放大电路、变压器参数设计、换能器匹配电路以及发射储能电路。接收机部分包括:差分信号输入电路、固定增益补偿、TGC(Time Gain Control)增益补偿控制、MGC(Manual Gain Control)增益补偿控制、信号频谱搬移、信号选频滤波等信号调理电路。数字部分实现了回波信号处理、逻辑信号控制、数据处理传输及验证等功能。完成了左右通道回波信号的数据采集和预处理、传感器数据采集及解析、硬件平台的逻辑控制、数据的高速传输。通过对硬件平台各个不同功能模块的性能测试,验证了整体设计方案理论的正确性;通过不同阶段的水池及外场实验测试,实现了硬件平台嵌入式、模块化,数据读取、数据传输、数据存储方式灵活可选择配置,同时验证了嵌入式侧扫声纳模块化硬件平台的工作稳定,双频成像效果良好。
【图文】：

声纳可以以完整的模块单元配置方式，直接安装在扫声纳；另外可以根据工作搭载的水下平台能够提供础，，方便快捷灵活的搭载安装于功能资源不同的水下国内外研究进展理是在二十世纪 50 年代由英国科学家提出并加以放置能器的方法初步实现了人类对于海底地貌的测时期哈罗德博士(Dr. Harold Edgerton) 设计实现了 年代，英国、美国、法国等国家都开始研发并制造，拖曳式侧扫声纳才为科学家研发应用。在侧扫声侧扫声纳技术专利[9]为研发基础，设计了首台军用侧ow Graph”。

图 1.2 G.L.O.R.I.A.侧扫声纳 年代后期，随着信息技术高速发展、电子器件成本入到快速发展阶段[12]。到九十年代，侧扫声纳进步产能力的侧扫声纳制造商，提供数多型号参数的侧13]由此出现。 1.3 Klein3000 侧扫声图像与 GoPro 照片图像数据结
【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】：2018
【分类号】：U666.7

【参考文献】

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本文编号：2703747