基于SoC FPGA的水声通信发射机的设计与实现

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1、分类号：密级：1UDC：编号：1工学硕士学位论文基于SoCFPGA的水声通信发射机的设计与实现硕士研究生：孙小可指导教师：殷敬伟教授学科、专业：水声工程论文主审人：郭龙祥副教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：sUDC：编号：s工学硕士学位论文基于SoCFPGA的水声通信发射机的设计与实现硕士研究生：孙小可指导教师：殷敬伟教授学位级别：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：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C

2、:ADissertationfortheDegreeofM.EngDesignandImplementationofUnderwaterAcousticCommunicationTransmitterbasedonSoCFPGACandidate:SunXiaokeSupervisor:Prof.YinJingweiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:UnderwaterAcousticEngineeringDateofSubmission:Ja

3、n,2018DateofOralExamination:Mar,2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：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

4、：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

5、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：年月日年月日基于SoCFPGA的水声通信发射机的设计与实现摘要对北极地区的探索和开发是我国海洋战略布局的重点之一，而水声通信是实现北极冰下和水下综合信息感知与信息交互的最为重要的手段。水声发射机作为水声通信系统中必不可少的一部分，其性能优劣对整个水声通信系统有着重要的影响。为了满足极地水声通信小体积以及发送不同形式的信号的需求设计并实现了一种基于SoCFPGA的水声通信发射机。本文设计的发射机由数字信号产生单元，功率放大器以及

6、换能器阻抗匹配构成。其中数字信号产生单元围绕SoCFPGA进行设计实现。SoC中的ARM核作为主控，对上位机通过网口传来的数据进行处理和存储；利用SoC片内的AXI总线把HPS中的数据传输到FPGA中。功率放大器采用数字D类功放，对D类功率放大器的SPWM调制和Δ-Σ调制进行了仿真对比分析。对SPWM调制的几种采样方式进行了分析，利用SoC中的FPGA实现了对信号的SPWM调制的中点采样输出。完成了D类功率放大器硬件电路的设计。在信号产生电路和功率放大器之间加入光耦隔离电路来减少数字电路和模拟电路的互相干扰。功率放大

7、器的驱动级选取了IR2110S芯片来驱动MOSFET。在功率放大器和换能器之间加入了匹配电路来进行换能器的阻抗匹配。本文对数字通信基本的调制方式进行了介绍，并对LFM、2FSK、BPSK和QPSK信号进行了仿真和生成。在水池首先利用标准水听器对发射机的声源级进行了测试，发射机的声源级在8kHz-16kHz的工作频段内都大于等于180dB，满足设计要求。然后利用发射机对仿真生成的几种测试信号进行发送，利用水听器对发射的信号进行了接收，并对接收信号进行了处理和分析。实验结果验证了设计的水声通信发射机能满足水声通信的基本要

8、求。关键词：水声发射机；SoCFPGA；脉冲宽度调制；功率放大器；水声通信哈尔滨工程大学硕士学位论文基于SoCFPGA的水声通信发射机的设计与实现ABSTRACTTheexplorationanddevelopmentoftheArcticregionisoneofthefocusesofthemarinestrategiclayoutinou