水听器灵敏度自动测量系统设计与实现

摘要

随着人类对海洋资源的迫切需求，水声事业得到了大力发展。声呐作为海洋探测的首选设备成为了人类开发海洋的重要工具，更是海军和民用航海事业不可缺少的组成部分。水声换能器作为声呐的重要组成部分，更是水声技术中的重点研究方向之一。水声换能器灵敏度是其最重要的参数之一，近年来海洋开发的大力发展，使得水声换能器的使用越来越多，生产水声换能器的厂家也越来越多，国内外相关单位对水听器的性能作定期测试分析的要求也越来越强烈。
　　论文基于水听器灵敏度自动测量的需求，设计了4通道灵敏度测量系统。系统信号生成电路产生所需信号并经功放电路放大推动换能器，信号接收部分将接收到信号经调理电路处理后进行同步采集并进行暂存，而后将数据打包上传到上位机进行分析。
　　论文主要包括系统方案设计、硬件平台搭建、配套软件编写等内容。整个硬件平台按照功能的不同主要可以分为信号调理单元、信号产生单元、数据采集与存储单元、信号处理等四个单元。其中，信号调理单元主要负责对水听器接收到的弱信号进行放大，论文中给出了信号调理单元多级可调的固定增益放大电路设计。信号产生单元主要负责产生自检信号和灵敏度检测时的单频信号或者扫频信号，论文中给出了相应的电路设计。数据采集与存储单元主要负责对四通道信号进行同步采集，并将数据暂存到RAM中。信号处理单元按照功能的不同选用了CycloneIII系列FPGA（EP3C16Q240C8）和DSP处理器TMS320F28335作为主控芯片，CY7C68013A作为USB接口芯片。其中，FPGA主要负责控制信号的放大倍数、采集、存储以及传输。DSP主要负责与上位机通信接收上位机的指令并解析，控制DDS产生所需信号，将指令下发到FPGA芯片并接收来自FPGA的数据，将数据上传到上位机。USB芯片主要负责数据的通信。
　　最后，整个硬件电路系统在实验室环境下进行测试并进行了水池试验，对系统的功能指标及其性能进行了验证。结果表明，水听器灵敏度自动测量系统硬件平台工作稳定，能够满足系统设计需求。

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第1章 绪论

1.1 论文背景和意义

1.2 灵敏度校准方法

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.4 论文测量原理和方法

1.5 论文主要研究内容以及技术指标

第2章 系统硬件设计

2.1 硬件总体方案设计

2.2 系统供电电路设计

2.3 模拟信号调理电路设计

2.4 数字信号处理电路设计

2.5本章小结

第3章 系统软件设计

3.1 软件总体方案设计

3.2 FPGA程序流程设计

3.3 DSP程序流程设计

3.4 USB固件程序设计

3.5 本章小结

第4章 整机测试与验证

4.1 概述

4.2 信号调理单元测试

4.3 信号处理单元测试

4.4 USB接口数据传输测试

4.5 上位机通信测试

4.6 DDS信号产生测试

4.7 直流电阻测量

4.8 水池测试

4.9 本章小结

结论

参考文献

致谢

附录