多波束成像声呐集成模拟前端与数据采集系统设计

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文多波束成像声呐集成模拟前端与数据采集系统设计硕士研究生：王雪良指导教师：李海森教授学位级别：工学硕士学科、专业：水声工程所在单位：水声工程学院论文提交日期：2013年03月04日论文答辩日期：2013年03月16日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngDesignofIntegratedAnalogFront-endandDataAcquisitionSystemforMulti-b

2、eamImagingSonarCandidate:WangXueliangSupervisor:Prof.LiHaisenAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:UnderwaterAcousticEngineeringDateofSubmission:March.04.2013DateofOralExamination:March.16.2013University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本

3、人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构

4、送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日多波束成像声呐集成模拟前端与数据采集系统设计摘要多波束成像声呐系统是一种能够对海底的地形地

5、貌进行高效的探测并能够实时高精度成像的水下探测成像设备，由于其能直观形象地展现水下的地形地貌以及水下目标，所以成像声呐系统具有广阔的发展空间。然而成像声呐在获得优异的性能的同时，也带来了大量的实时数据需要及时地获取与处理，这对系统中数据的接收与采集部分的性能提出了很高的要求。正是基于水下成像声呐系统研制的迫切需求，本文深入研究了系统中的接收部分与数据采集电路，并以此为基础对电路进行了设计与实现。首先对成像声呐系统的接收电路进行了相关研究与设计。对于成像声呐系统来说，由于其所需数据量巨大，要求接收通道数较多，采用传统的接收机

6、方案势必会造成接收系统的过于庞大，在此并不适用。为了解决这一问题，本文引入了在医学成像领域应用广泛的集成模拟前端芯片，作为接收系统与采集系统之间的桥梁，模拟前端具有优异的性能。以此为核心，设计了带通滤波电路、可控增益放大电路、模拟前端电路组成的接收系统，并对各项参数进行了相关调试与验证。在系统设计过程中，还对接收机的噪声特性进行了研究以确保较低的噪声，并根据系统要求选择适用的器件。为了满足多波束成像声呐系统对数据高速、实时地采集与传输的要求，接下来本文设计了多通道的数据采集系统。系统由模拟前端芯片中的AD转换模块、FPGA

7、核心控制电路、DAC增益控制电路、DDR2SDRAM数据存储电路以及高速收发器接口电路等组成，模拟前端输出的高速串行LVDS信号被传送至FPGA并将数据通过DDR2SDRAM实时存储，再通过收发器上传。对于模数混合以及存在高速数字信号时的电路PCB设计方法也进行了讨论。最后，在完成多通道数据采集系统的电路设计基础上，对采集系统的控制逻辑进行了设计与调试。本文在QuartusII软件环境下，使用VerilogHDL语言和IP核单元模块设计了FPGA对各功能模块的控制逻辑，主要包括上述的模拟前端SPI控制、DDR2SDRAM控

8、制器、数模转换控制等，并在Modelsim软件下对数据采集系统的各个逻辑模块进行了时序仿真和功能验证。关键词：成像声呐；多通道接收机；模拟前端；采集电路；FPGA哈尔滨工程大学硕士学位论文多波束成像声呐集成模拟前端与数据采集系统设计ABSTRACTMulti-beamimagingsonarisaund