基于Zynq的水下探测采集系统设计与实现
摘要
水声信号作为水下信息传输的载体在海洋探测、水下目标识别与定位、水下通信等
领域意义重大，其中，性能优越的探测采集系统作为获取海洋环境参数的常用设备能够
可靠、高效的完成对水声信号的采集、存储与传输。
本文是基于Zynq设计的水下探测潜标采集系统，论文主要完成的工作包括硬件电
路设计、软件程序设计以及结构设计，系统整体实现的功能包括通过A/D转换器对矢量
传感器信号进行模数转换、对数据进行自容式的存储、并可通过网口与上位机显控软件
进行实时数据传输和显示处理，系统配备电子罗盘传感器实现矢量传感器方位角、俯仰
角及翻滚角参数的获取；系统基于霍尔感应元件和超低功耗单片机设计有功能完善的电
源开关控制电路，可以方便的实现系统的定时开启和关闭功能。
系统电路设计部分包括传感器信号调理电路和数据存储、传输控制电路两个部分。
信号调理电路主要完成对矢量水听器输出的三路振速通道及单路声压通道信号的放大、
滤波和增益控制；数据存储、传输控制电路采用Zynq7010核心板辅以A/D转换器、S
D卡、以太网口、串口、RTC时钟等组成的底板电路实现信号的采集、存储与传输。系
统整体的供电由可重复充电的锂电池组提供，确保系统能够长时间稳定可靠的工作。
软件程序的设计主要针对Zynq-7010主控芯片，在PL逻辑部分完成RTC及系统时
钟的管理、四通道传感器信号的采集以及数据的缓存功能；在PS嵌入式部分主要完成
原始数据的存储、使用上位机进行数据的传输、RTC时钟的读写、电子罗盘传感器信息
的显示与存储功能；PL和PS之间通过Zynq内部的AXI4接口进行互联，实现指令及
数据的交互。
为了满足耐压性、耐腐蚀性、轻重量等试验需求，论文设计过程中利用3维建模软
件对系统整体结构进行设计与优化，在完成系统整体结构的装配之后进行耐压测试，测
试结果显示系统可以满足水深200米的指标。最后对系统性能和功能进行测试，并对外
场试验数据进行分析，验证了系统的有效性与可靠性，较好的满足了理论研究的试验工
作需求。
关键词：水声信号；水下探测系统；矢量水听器；Zynq
基于Zynq的水下探测采集系统设计与实现
ABSTRACT
Asacarrierforunderwaterinformationtransmission,underwateracousticsignalshave
significantsignificanceinfieldssuchasoceanexploration,underwatertargetrecognitionand
positioning,andunderwatercommunication.Amongthem,high-performancedetectionand
acquisitionsystems,ascommonlyusedequipmentforobtainingoceanenvironmental
parameters,canreliablyandefficientlycompletethecollection,storage,andtransmissionof
underwateracousticsignals.
ThisthesisisbasedonZynqsdesignofanunderwaterdetectionsubmarinebuoy
acquisitionsystemThemainworkofthisthesisincludeshardwarecircuitdesign,software
programdesignandstructuraldesign.Theoverallfunctionsofthesystem