声学测深仪的嵌入式设计

发布时间：2020-07-14 04:28

【摘要】：回声测深仪在水文环境监测和水声测绘领域具有十分重要的作用,常应用于水下深度测量,就其应用而言,对于航运、海洋测绘和海洋配套产业开发均具有十分重要的意义。伴随着计算机科学以及通信电子技术的飞速发展,基于嵌入式的单波束回声测深仪有着不可估量的价值和行业意义。首先在借鉴和吸取国内外先进的声学测深仪设计的基础上,本文详细介绍了一种低功耗,低成本且性能稳定的设计方案,主要就国内外测深仪的发展、测深仪的工作原理和基于嵌入式测深仪的总体结构方案展开论述,并依据大量的实验指标要求确定其相关性能参数,还对回波估计相关问题进行分析。其次,针对S3C6410核心处理单元的特点对测深仪基础板硬件部分进行可行性设计,硬件设计部分包括发射机与接收机主要电路设计,具体如包络检波电路、电平比较电路和外围电路的设计。同时在大量实验的基础上,完成功率放大器的设计,针对测深仪系统进行了匹配性实验。论文还针对上位机显控进行了相关设计,可实现一定程度上对采集数据的显示。最后在通过软硬件综合设计和系统性实验完成测深仪的设计,并得出嵌入式测深仪符合性能指标的实验结论。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH702
【图文】：

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在单束波回声测深仪系统中并不会应用如此复杂的声道估计，而测法。应用统计学的基本原理对参数的状态进行信号估计，阈值测到回波信号是基于一个连续片段幅值的回波宽度大于其预设宽响信号传播的情况，传播距离越长，其回波信号幅度越弱，所以测深系统中，一般并不会设置初始特定阈值，而是采用可调节阈[11]。虽然单波束回声测深仪系统的监测方法较为简单，但由于存和信道的不时变化等，会造成回波误判现象。基于回波与发射波计，是利用发射机发出的信号使其成为参考值，利用固定函数对计，相关估计法是一种低信噪比下常用的回波估计法，期间会采波形和幅值，用以进行对比实现[12]。而区别于回波估计的是能量中心法是将信号回波能量集聚于脉宽幅度之中，让回波信号顺次寻集聚方位，参照对比脉宽找到回波返回时间，具有极高的完成效率设计具体应用加时间窗来对回波信号进行约束，让其存在于有效，之后再使用滑窗求和精确完成回波估计，滑窗算法会定时发送到时间窗口的间隔期而完成滑窗求和的过程[13]。如图为发送方滑窗

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第二章测深仪系统方案波束测深仪工作原理深仪工作原理说单束波测深仪主要利用水文环境下的回声测距原理[14]瓷产生的机械能和电能的相互转换产生的声波在遇到水会返回的特性，换能器会再次接受回波并根据其间产生环境下的声速来计算深度值并形成相关信息，其中水下数指标。利用模型可更好地理解回声测距的基本原理，装有换能器 A 和 B 并且两个换能器之间距离为 S，船舰距离为 h，船舰吃水深度为 D，水文环境下的水深为 H，

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个常量[15]，其近似值基本取为 1 500 m／s。如表 2-1，为声音在不同温度和水深条件下的速度。表 2-1 水声速度表温度℃ 速度 m/s 温度℃ 速度 m/s0 1402.3 30 1509.05 1426.1 35 1519.710 1451.1 40 1528.815 1465.8 45 1536.320 1482.3 50 1542.525 1496.6 55 1547.32.1.2 测深仪系统结构通过自主设计的硬件环境和软件实验显示界面，结合换能器共同组成单束波测深仪系统。系统力求结构简单、执行效率高、携带方便和智能化应用等特点。系统根据实际功能要求可分为：系统换能器部分、系统显示部分和测深仪系统收发部分[16]。其系统总体结构框图如图 2-2。

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