模块化声纳信号模拟器硬件设计与实现

摘要

当今海洋已经成为各国关注的焦点，各国对海洋开发和探索的力度不断加大，这也促使声纳技术的发展不断加快，而声纳信号模拟器是声纳无论在前期开发、中期验证以及后期维护必不可少的工具。以往的声纳信号模拟器大多以专用型为主，种类复杂，功能单一，很难形成系列化、组合化、通用化、标准化产品，这也制约着声纳技术的发展，其中，模块化硬件设计是解决此类问题的有效手段之一。本文以模块化声纳信号模拟器硬件设计与实现为主要研究内容。 论文首先对声纳信号模拟器的研究背景和意义以及发展现状进行了阐述，针对目前声纳模拟器的不足，提出了本文的研究课题模块化声纳信号模拟器硬件设计与实现。其次，对模块化声纳信号模拟器硬件方案进行了设计，包括功能模块设计、硬件整体方案设计和整体设计方案中形成的结构模块设计，结构模块包括:数据传输与存储模块、多通道模拟信号输出子卡模块、供电系统模块。再次，进行了模拟器硬件电路设计与实现，设计了以上三种结构模块的电路原理图。其中数据传输与存储模块包括CycloneⅤFPGA板卡、USB3.0、STM32与SD卡、FLASH、RS232以及供电等电路的设计。多通道模拟信号输出子卡模块包括CycloneⅣFPGA模块、SRAM、DAC、滤波器、同步以及板间与输出接口等电路的设计。供电系统模块包括220V-48V电源适配器和48V电源模块电路设计。完成了由原理图到PCB的布局布线以及由PCB文件到制板再到贴装芯片的加工。最后，完成了数据传输与存储模块、多通道模拟信号输出子卡模块、供电系统模块、板间传输功能、信号输出功能的调试和验证。 本文研制的模块化声纳信号模拟器硬件结合USB3.0和千兆网口通信、NOR FLASH和SD卡与SRAM存储、模数转换(DAC)以及FPGA和ARM等技术于一体，具有方便、灵活、不限制信号形式、通道可扩展等诸多优点，在一定程度上可以构成通用的声纳信号模拟器硬件平台。