多功能自容式声学采集系统的设计与实现

摘要

在现代海洋研究和利用的诸多领域里，对某一特定海域的环境参数进行实时、长期、定点观测的需求越来越多。海洋要素的信息获取和预测对探究大气和海洋的互相作用、全球气候变化、海洋灾害预报、海洋生态环境检测和卫星遥感数据校验有着十分重要的作用。
　　自容式声学采集系统是一种自主录取并存储海洋声学信息的设备，可以在无人值守状态下在海洋环境中长期自主工作。可根据应用需求自主开启关闭数据采集功能，其灵活高效的特点可以满足多种使用需求。现已成为海洋环境噪声研究、海洋生物研究、地声参数反演、海洋声层分析、水下声信道特性研究以及海洋装备性能测试等科研领域中不可或缺的重要工具。
　　本文所设计并实现的多功能自容式声学采集系统是一套功能齐备的低功耗海洋声学信息采集系统。其多功能性体现在:模块化设计、可搭载于多种不同类型的海洋观测平台使用、系统通过现场快速配置，以适用于多种不同工况以及特定应用场景。
　　论文中所完成的主要工作是:首先进行设计需求分析，在此基础上完成系统方案设计。系统设计方案采用模块化的设计思想，可以根据需求进行选择性配置。中央控制单元采用低功耗MSP432平台，并在此平台上移植μC/OS-Ⅲ实时操作系统以增强系统的多任务处理能力。同时以一片CPLD作辅助，实现任意分频功能，并且可以根据实际需求进行功能扩展。模拟信号调理单元可选配自动增益控制功能和程控可变带宽滤波器单元。启动采集方式有定时和定深两种方式可供选择。为适应深水条件，选择配有温度补偿功能的时钟芯片，可实现较高精度的守时功能。预留数据传输接口，可实现数据的实时处理。
　　在完成方案设计之后，进行了整个系统的设计实现。具体完成了元件选型、电路设计以及调试工作。最后对本系统所实现的功能和指标进行了测试和验证。