海底沉积物多场多参原位测量一体化测控系统开发研究
摘要
海底沉积物的相关物理特性对于海底资源勘探、海底工程建设、军事海洋保障等多
个方面均具有极其重要的意义。原位测量作为一种技术手段，能够较为真实地对海底沉
积物原位环境的物理特性进行测量。随着海洋科学研究体系的日益完善以及多学科交叉
趋势的不断加深，传统的单一海洋物理场原位测量方式难以满足多要素探测的需求。因
此本文设计开发了一种海底沉积物多场多参量原位测量一体化测控系统，这种系统能够
控制发射信号的波形、频率、周期数、延时，并能在同一时间完成对声信号、磁信号以
及温度信号的测量。
根据海底沉积物多场多参量原位测量一体化测控系统的要求和指标，本文进行了系
统整体方案的设计，并根据整体方案，对传感器进行选型、对硬件电路以及软件程序分
别进行设计。硬件电路的设计主要包括FPGA芯片的选型、DA模块电路、功率放大模
块电路、AD模块电路、以太网传输模块电路的设计。软件程序的设计主要包括下位机
程序以及上位机程序的设计。下位机程序应满足的功能有：接收上位机下发的指令并做
出相应的处理、驱动信号发生的相关模块发射指定的声波、对各参量的数据进行采集控
制、控制数据上传至上位机。上位机程序应满足的功能有：根据需求将指令下发至下位
机、能对下位机上传的数据进行实时的接收、显示以及保存。
最后在实验室条件下对整体系统的上位机以及下位机进行联调。测试结果表明系统
发射的信号频率最大绝对误差为0.4Hz，采集数据与发射信号频率相吻合，系统能在循
环模式下连续工作1.5小时以上，运行时无崩溃、卡死等问题，接收数据准确且无乱码、
丢失等问题，系统稳定可靠。联调测试后将各传感器接入系统，相关测量结果与实际相
符。
关键字：海底沉积物；多参量；原位测量；FPGA；系统设计
海底沉积物多场多参原位测量一体化测控系统开发研究
ABSTRACT
Thephysicalpropertiesofseafloorsedimentsareofgreatimportancetomanyaspectssuch
asseafloorresourceexploration,seafloorengineeringconstruction,andmilitarymarinesecurity.
In-situmeasurement,asatechnicaltool,canmeasurethephysicalcharacteristicsofthein-situ
environmentofseafloorsedimentsinamorerealisticway.Withtheincreasingimprovementof
marinescientificresearchsystemandthedeepeningofmultidisciplinarycross-trend,the
traditionalsinglein-situmeasurementmethodofmarinephysicalfieldcanhardlymeetthe
demandofmulti-elementdetection.Therefore,thispaperdesignsanddevelopsanintegrated
measurementandcontrolsystemforin-situmulti-fieldandmulti-parametermeasurementof
seafloorsediments,whichcancontrolthewaveform,frequency,numberofcycles,anddelayof
theemittedsignals,andcancompletethemeasurementofacoustic,magnetic,andtemperature
signalsatthesametime.
Accordingtotherequirementsandind