本文以“某港口航道水深適時監測技術研究”項目為背景,針對港口水深測量系統中發射的水聲信號,采用基于GPS時間同步技術、以MCU+FPGA為核心控制單元的設計方案,設計了一套適用于工程實際的水聲信號數據采集與處理系統。該系統作為港口航道水深適時監測技術的重要部分,具有極為重要的意義。水聲信號數據采集控制的核心是FPGA,時序電路的設計采用VHDL語言實現。主要任務是控制ADC與FIFO的工作時序相互配合,實現水聲信號的高速采集與存儲。該數據采集系統位于港口航道的一側,水聲信號的發射端位于港口航道另一側,在同步技術方面,系統使用GPS技術來實現。發射換能器和數據采集與處理系統的處理器同時讀取GPS的時間信息,到達預設時刻時,水聲信號發射端和數據采集系統同時啟動,實現對水聲信號的異地同步采集。水聲信號數據的算法處理是由單片機實現的。數據采集完成之后,單片機讀取FIFO中的數據,并對其作信號的短時能量分析,判斷出水聲信號的起始點,然后將水聲信號的有效數據和水聲信號起始點的位置通過VHF發送到上位機。實驗測試證明,本文設計的數據采集與處理系統在采樣率為4MHz時工作穩定可靠,功耗低,測量精度高,具有較強的實用性,在水聲信號的采集與處理方面有著廣闊的應用前景。

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