拖曳式成像声纳采集与传输系统硬件设计

发布时间：2017-09-01 20:29

  本文关键词：拖曳式成像声纳采集与传输系统硬件设计

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【摘要】：成像声纳技术用于对水下地形、地貌,水中障碍物,水下探测设备等进行细节特征探测,在海洋探测领域有广泛的应用前景。成像声纳的工作原理是接收不同频率的声波信号的回波,将接收到的信号进行合成,构成二维或三维图像。成像声纳的设计要点在于成像分辨率、声波数据量、成像速度和声通道数量等。本文研究开发了拖曳式成像声纳采集与传输系统,可以胜任水下复杂环境勘测和水中障碍物方位外观检测的任务,在采样频率和数据传输速率上均具有明显优势。拖曳式成像声纳采集与传输系统以TI公司的TMS320DM8127低功耗数字媒体处理器为核心,通过内部集成的两个内存控制器,扩展8Gb DDR3颗粒,对128个声通道数据进行同步高速采样处理,最终通过内部EMAC模块扩展千兆以太网传输接口,将数据发送至控制中心系统,使用Xilinx公司的高性能Spartan-6系列FPGA作为声通道数据采样器件,对多个声通道的数据进行同步采样,并对数据进行实时缓存,通过PCI-Express通讯接口将声通道数据传输至处理器TMS320DM8127,实现大量数据的快速传输任务。经系统测试,系统声通道间相位一致性小于1°,系统声通道间幅度一致性小于1dB,整机工作正常稳定,系统满足设计要求。
【关键词】：成像声纳 采集与传输 数字媒体处理器 FPGA PCI-Express
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U666.7
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 课题的背景和意义10-11
• 1.2 相关研究概述11-19
• 1.2.1 成像声纳原理概述11-14
• 1.2.2 FPGA技术概述14-17
• 1.2.3 TI公司Davinci~(TM)技术概述17-19
• 1.3 课题研究内容19-21
• 1.3.1 论文的主要工作19-20
• 1.3.2 论文的章节结构20-21
• 2 系统硬件总体架构设计21-32
• 2.1 系统功能需求分析21-25
• 2.2 系统设计方案25-31
• 2.2.1 系统主要芯片选型25-28
• 2.2.2 系统硬件设计方案28-29
• 2.2.3 系统FPGA设计方案29-30
• 2.2.4 系统软件设计方案30-31
• 2.3 本章小结31-32
• 3 系统硬件详细设计32-52
• 3.1 数据处理发送模块32-39
• 3.1.1 DDR3 SDRAM接口32-34
• 3.1.2 NAND FLASH接口34-35
• 3.1.3 千兆以太网接口35-37
• 3.1.4 其他扩展电路及接口37-39
• 3.2 声通道数据模拟前端处理模块39-42
• 3.2.1 模拟电路设计39-40
• 3.2.2 A/D转换电路设计40-42
• 3.3 FPGA存储接收模块42-44
• 3.4 PCI-Express通讯模块44-47
• 3.5 电源模块47-50
• 3.6 时钟模块50-51
• 3.7 本章小结51-52
• 4 系统硬件电路实现52-64
• 4.1 信号完整性分析52-54
• 4.1.1 信号完整性分析52-53
• 4.1.2 电源完整性分析53-54
• 4.2 PCB布局54-56
• 4.3 PCB布线56-59
• 4.3.1 PCB叠层设计56-57
• 4.3.2 PCB布线设计57-59
• 4.4 系统PCB设计结果59-62
• 4.5 系统硬件电路调试62-63
• 4.6 本章小结63-64
• 5 系统FPGA设计与实现64-84
• 5.1 同步采样与控制模块64-66
• 5.2 存储模块66-73
• 5.3 时钟模块73-77
• 5.4 PCI-Express传输模块77-81
• 5.5 FPGA设计仿真81-83
• 5.6 本章小结83-84
• 6 系统测试84-92
• 6.1 系统测试方案84-85
• 6.2 系统功能测试85-88
• 6.3 系统测试结果分析88-91
• 6.4 本章小结91-92
• 7 总结与展望92-94
• 7.1 总结92-93
• 7.2 展望93-94
• 参考文献94-98
• 作者简历98

【参考文献】

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本文编号：774258