多波束探鱼仪模拟系统实现与数字逻辑设计

论文摘要

探鱼仪是一种能够对水下鱼群进行探测与定位的助渔设备,它可以迅速发现鱼群,降低捕捞的盲目性,提高捕鱼效率。本文以多波束探鱼仪课题为背景,在对多波束探鱼仪的多通道发射机、多通道接收机、电源系统以及数字信号处理平台的逻辑设计方案进行了研究的基础上,完成了相应的设计与调试工作。在多通道发射机的设计过程中,首先通过对各种功率放大电路的比较研究,将发射机的电路形式确定为高效率的D类功率放大电路；在多通道发射机的设计过程中重点考虑了功放管选择、变压器设计、阻抗匹配、功放管驱动电路、储能电容计算等问题。电源系统的设计采用集成的DC/DC电源模块实现多种电压的输出,为了使电源输出的噪声与纹波特性可以达到要求,设计了电源模块的外围滤波电路。同时在电源板上还设计了控制电源模块工作顺序的电路模块。多通道接收机由可控增益放大电路、带通滤波器电路及固定增益放大电路等三部分组成。在多通道接收机设计中,低噪声、一致性是重点与难点。本文通过对噪声源、运算放大器和PCB布局布线的研究有效抑制了接收机的噪声。为了保证多通道接收机各通道间的一致性,采用了简化双二次型带通滤波器作为接收机的滤波电路,并通过理论分析与计算确定了滤波器参数。数字信号处理平台以DSP和FPGA为核心器件,其中DSP是计算与控制核心,FPGA在DSP控制下完成相应的功能。本文完成FPGA部分的逻辑编写与调试工作,主要包括发射机的32路发射信号产生、32路数据采集、键盘控制、LCD控制、数模转换器控制等部分,还研究了相控发射的原理与带通采样原理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 探鱼仪国内外发展及现状
• 1.3 多波束探鱼仪整体方案设计
• 1.4 论文主要工作
• 第2章 多波束探鱼仪发射与电源系统设计
• 2.1 多波束探鱼仪发射机概述
• 2.1.1 声纳发射机
• 2.1.2 多波束探鱼仪发射机性能指标
• 2.2 多波束探鱼仪发射机设计
• 2.2.1 功率放大电路选择
• 2.2.2 功率放大电路参数确定
• 2.2.3 收发转换开关设计
• 2.3 多波束探鱼仪发射机调试
• 2.4 多波束探鱼仪电源系统设计
• 2.4.1 电源系统指标与系统供电方案设计
• 2.4.2 多波束探鱼仪电源板设计
• 2.4.3 多波束探鱼仪电源板测试
• 2.5 本章小结
• 第3章 多波束探鱼仪接收系统设计
• 3.1 多波束探鱼仪接收系统方案
• 3.1.1 接收系统指标
• 3.1.2 接收机电路结构
• 3.2 接收系统低噪声设计
• 3.2.1 噪声源
• 3.2.2 集成运算放大器噪声分析
• 3.2.3 接收系统低噪声设计
• 3.3 接收机可控增益放大电路设计
• 3.3.1 自动增益控制电路
• 3.3.2 可控增益放大电路
• 3.4 带通滤波器电路设计
• 3.4.1 模拟滤波器电路简介
• 3.4.2 带通滤波器电路选择
• 3.5 固定增益放大电路设计
• 3.6 多通道一致性考虑
• 3.7 多通道接收机测试
• 3.8 本章小结
• 第4章 多波束探鱼仪数字信号处理板逻辑设计
• 4.1 数字信号处理板概述
• 4.2 数据采集逻辑设计与调试
• 4.2.1 带通采样技术
• 4.2.2 带通采样频率确定
• 4.2.3 数据采集逻辑设计与调试
• 4.3 信号源模块逻辑设计与调试
• 4.3.1 相控发射原理
• 4.3.2 相控发射信号源实现
• 4.4 数模转换模块逻辑设计与调试
• 4.5 显示模块逻辑设计与调试
• 4.6 键盘模块逻辑设计与调试
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录