测高声呐数据采集及处理方法的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:acdef2
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水坝隐患探测是预防溃坝的一道重要防线。人员下潜探测有很大的局限性,因此水下机器人成为水下探测的一个趋势。测高声呐是水下机器人的一个重要的传感装置,通过测量水下机器人距离水底的高度,来协助控制人员操作水下机器人,防止其触底损坏或陷入淤泥中。同时,测高声呐也为堤坝隐患的位置提供一定的参考信息。此前的测高声呐控制及处理芯片较多,成本高,体积大。本论文旨在以FPGA为唯一控制和处理芯片,设计并实现一个新型测高声呐系统。  论文中,首先分析了水下噪声和常用声呐信号源的特性,并根据设计要求确定了信号源方案;同时通过对微弱信号处理方法的研究,确定了回波信号的处理方法。然后对信号源特性及互相关算法做了MATLAB仿真,以验证方案的可行性。在回波信号采集及处理过程中,首先通过硬件电路对采集信号滤波和放大,初步提高回波信号的信噪比;然后通过FPGA做数字信号处理,包括对噪声阈值的自适应采集和采集信号与源信号的互相关运算,最终确定回波信号的返回时刻,并计算出相应的距离值,以串口发送协议发送出去。  最终,本论文完成了互相关算法在FPGA中的实现,提高了系统的稳定性;同时通过自适应噪声阈值的采集,提高了系统对环境的适应性,降低了高度信息的误码率。在长时间的实验验证下,测高声呐达到了预期的各项设计指标,具备了体积小、成本低、运算速度快、误码率低等特点。
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