声纳水下接收处理模块研制

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1、南京航空航天大学硕士学位论文摘要近年来，随着蛙人成为各国海军中一支重要力量，蛙人的探测和防御显得尤为重要。声纳是实现水下目标定位、识别和跟踪等任务的重要设备，因此蛙人探测声纳是一个重要的研究方向。根据模块中各单元功能的不同，本文中所设计的模块可分为A/D转换单元、信号处理单元、光纤收发单元和控制单元。A/D转换单元利用采样保持放大器，通过分时复用A/D芯片，实现了以6个A/D芯片完成48通道模拟信号同时采样的功能，各通道采样率为400KHz。系统核心的信号处理单元由3片同步工作的FPGA组成，控制A/D转换过程，

2、接收48通道采样数据，并对数据进行解调和20:1抽取滤波，最后利用时间延迟法形成32波束；FPGA中以分时复用乘法器的设计完美地解决了FIR滤波器和波束形成加权叠加运算所需资源量问题，并使FPGA的高速性能得到充分发挥。作为声纳水下设备与干端设备联系的通道，光纤收发单元实时地将波束数据上传至干端显控台，并接收干端发出的命令。控制单元通过光纤收发单元接收各种控制命令，控制声纳水下发射分机、模拟开关阵列、信号调理板及信号处理单元协同工作。经过将声纳水下接收处理模块与系统联调，模块各单元均达到设计要求，声纳水下设备和干

3、端设备作为整体运行稳定可靠。关键词：蛙人探测，高速声纳，信号解调，波束形成，抽取滤波器，分时复用，FPGAI声纳水下接收处理模块研制AbstractWithfrogmenbecomingoneoftheindispensableforcesinnavalforcesinvariouscountries,recentyearshaveseenthesoaringsignificanceoftheprobinganddefensebyfrogmen.Sonarisanimportantequipmenttoreali

4、zeunderwatergoalssuchaspositioning,recognitionandtracking.Thereforeit’sapromisingapproachtofrogmen-detectingsonar.Accordingtothedifferentfunctionofeachpart,themoduledesignedinthisthesiscanbedividedasA/Dconverterunit,signalprocessingunit,opticaltransceiverunit

5、andcontrolunit.A/Dconverterunitemployssampleandholdamplifier;throughtime-sharingreusingA/Dconverteritrealizesthegoalofusing6A/Dconvertertosample48-channelsignalsatthesametimeat400KHzsamplingrate.Themainsignalprocessingunitofthemoduleiscomposedof3simultaneousl

6、yworkingFPGA,controllingA/Dconversion,receiving48gatesamplingdata,anddemodulatingthedata,decimationfilteringthedataby20:1ratio,andultimatelymakinguseoftime-delaymethodtoform32beamdata;inFPGA,thedesignoftime-sharingreusingmultipliersperfectlysolvestheresources

7、desiredinFIRfilterandbeam-forming,andmeanwhilebringsthehigh-speedperformanceofFPGAintofullplay.Asthegatebetweentheunderwatersonardevicesandoverwaterdevices,opticaltransceiverunittransfersthedatatodisplayandcontrolconsoleinrealtimeandreceivestheordersfromthede

8、vice.Thecontrolunitreceivesvariouscontrolordersfromopticaltransceiversandcontrolsthecollaborativeworkofunderwateracoustictransmitter,analogswitcharray,signalconditioningmoduleandsignalpro