AUV载多波束声呐接收系统硬件平台设计与实现

发布时间：2020-11-21 11:18

　　 随着国内外油气泄漏造成的海洋环境污染不断加剧,利用近年来快速发展的无人潜航器搭载声呐设备进行泄露源探测定位的方式已成为各国发展的热点。本文以“AUV搭载声呐检测海底天然气管道泄漏技术研究”项目为背景,开展多波束声呐接收系统软、硬件设计实现。论文首先对AUV平台的指标需求进行分析,确定了多波束声呐接收系统的设计方案,之后对接收系统各个部分进行了详尽的分析与设计:1、根据性能指标,论文完成了信号调理、A/D采集、增益控制三个模块的电路设计以及仿真,其中信号调理模块完成信号的可变增益放大、带通滤波以及固定增益放大功能。依据结构化的思想对多通道接收机的硬件结构进行设计,完成了多通道接收机的PCB设计并给出设计图样。2、根据数字信号处理需求设计信号处理平台方案,在FPGA中完成通道采集、数字信号处理、系统控制等功能的逻辑开发和仿真验证。分析数字电路设计要点,完成PCB的绘制并给出设计图样。论文在硬件平台的基础上,完成系统的联调,测试各功能工作正常,随后相继完成水池、湖上和海上试验,系统工作稳定,各项指标符合设计要求,最后多波束声呐与AUV进行了联合调试,具备外场工作能力。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U666.7
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 论文研究背景及意义
    1.2 AUV和多波束声呐发展现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 系统总体设计方案
    2.1 系统组成结构设计
    2.2 接收处理系统方案
        2.2.1 AUV载多波束声呐接收处理系统硬件结构
        2.2.2 多通道接收机的组成
        2.2.3 数字信号处理平台方案设计
    2.3 本章小结
第3章 多通道接收机设计与实现
    3.1 多通道接收机技术指标
    3.2 信号调理模块设计
        3.2.1 可控增益放大和固定增益放大电路
        3.2.2 带通滤波器设计
    3.3 A/D采集模块设计
        3.3.1 设计指标论证
        3.3.2 A/D采集电路实现
    3.4 增益控制模块设计
        3.4.1 数模转换电路设计
        3.4.2 单端转差分电路设计
        3.4.3 低通滤波电路设计
    3.5 多通道接收机PCB设计
        3.5.1 版面结构布局
        3.5.2 PCB器件布局设计
        3.5.3 PCB设计图样
    3.6 本章小结
第4章 数字信号处理平台设计与实现
    4.1 系统芯片选型简介
        4.1.1 采集和信号处理FPGA简介
        4.1.2 控制FPGA简介
        4.1.3 信号处理DSP简介
        4.1.4 设备接口管理CPLD
    4.2 信号采集处理FPGA逻辑设计
        4.2.1 信号采集模块
        4.2.2 信号处理模块
        4.2.3 数据传输模块
    4.3 系统控制FPGA逻辑设计
        4.3.1 系统工作命令传输
        4.3.2 系统工作驱动信号
        4.3.3 系统数据传输存储
        4.3.4 增益控制曲线
        4.3.5 硬件工作温度采集
        4.3.6 设备接口管理CPLD
    4.4 数字信号处理平台PCB设计
        4.4.1 PCB器件布局设计
        4.4.2 PCB设计图样
    4.5 本章小结
第5章 多波束接收系统平台调试验证
    5.1 实验室系统调试
        5.1.1 接收机通道一致性测试
        5.1.2 HPS-FPGA命令传输测试
        5.1.3 数据传输测试
        5.1.4 串口接收发送测试
        5.1.5 可控增益控制测试
        5.1.6 温度传感器测试
        5.1.7 系统联调
    5.2 试验验证
        5.2.1 水池试验
        5.2.2 湖试及海试
    5.3 与AUV接口联调
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢

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本文编号：2892927