多波束成像聲吶集成模擬前端與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計.pdf

1、多波束成像聲吶系統(tǒng)是一種能夠對海底的地形地貌進行高效的探測并能夠實時高精度成像的水下探測成像設備,由于其能直觀形象地展現(xiàn)水下的地形地貌以及水下目標,所以成像聲吶系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展空間。然而成像聲吶在獲得優(yōu)異的性能的同時,也帶來了大量的實時數(shù)據(jù)需要及時地獲取與處理,這對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的接收與采集部分的性能提出了很高的要求。正是基于水下成像聲吶系統(tǒng)研制的迫切需求,本文深入研究了系統(tǒng)中的接收部分與數(shù)據(jù)采集電路,并以此為基礎對電路進行了設計與實現(xiàn)。

2、
　　首先對成像聲吶系統(tǒng)的接收電路進行了相關研究與設計。對于成像聲吶系統(tǒng)來說,由于其所需數(shù)據(jù)量巨大,要求接收通道數(shù)較多,采用傳統(tǒng)的接收機方案勢必會造成接收系統(tǒng)的過于龐大,在此并不適用。為了解決這一問題,本文引入了在醫(yī)學成像領域應用廣泛的集成模擬前端芯片,作為接收系統(tǒng)與采集系統(tǒng)之間的橋梁,模擬前端具有優(yōu)異的性能。以此為核心,設計了帶通濾波電路、可控增益放大電路、模擬前端電路組成的接收系統(tǒng),并對各項參數(shù)進行了相關調(diào)試與驗證。在系統(tǒng)設計

3、過程中,還對接收機的噪聲特性進行了研究以確保較低的噪聲,并根據(jù)系統(tǒng)要求選擇適用的器件。
　　為了滿足多波束成像聲吶系統(tǒng)對數(shù)據(jù)高速、實時地采集與傳輸?shù)囊?接下來本文設計了多通道的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)由模擬前端芯片中的AD轉換模塊、FPGA核心控制電路、DAC增益控制電路、DDR2SDRAM數(shù)據(jù)存儲電路以及高速收發(fā)器接口電路等組成,模擬前端輸出的高速串行LVDS信號被傳送至FPGA并將數(shù)據(jù)通過DDR2SDRAM實時存儲,再通過收發(fā)器上

4、傳。對于模數(shù)混合以及存在高速數(shù)字信號時的電路PCB設計方法也進行了討論。
　　最后,在完成多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電路設計基礎上,對采集系統(tǒng)的控制邏輯進行了設計與調(diào)試。本文在QuartusII軟件環(huán)境下,使用VerilogHDL語言和IP核單元模塊設計了FPGA對各功能模塊的控制邏輯,主要包括上述的模擬前端SPI控制、DDR2SDRAM控制器、數(shù)模轉換控制等,并在Modelsim軟件下對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的各個邏輯模塊進行了時序仿真和功能驗