水声采集存储单元软硬件设计与实现
摘要
海洋中存在着大量由舰船、生物、地质变化等产生的噪声，在进行水下探测或通信
时，该噪声是水声信道的主要干扰源。同时也可通过海洋环境噪声反演获取各种海洋环
境信息。因此通过分析大量有效的噪声数据而得到海洋环境噪声的特性及工作模型非常
重要。为了能获取大量频率范围较大的噪声数据，本文所设计的采集存储单元选用了较
高采样率的模数转换芯片，并将采集数据存入大容量TF卡中。同时，还设计了遥控单
元用于远程控制设备的启动并实时监测设备的存储状况。将采集存储单元与遥控单元结
合，设计了一种具备水声遥控功能的水声采集存储单元。
本文具体完成了采集存储单元和遥控单元的硬件设计、功能仿真及基于FPGA的逻
辑功能设计。其中，硬件部分完成了模数转化电路、存储电路、数据缓存电路、控制电
路及数模转换电路的器件选型、原理图绘制和PCB绘制；仿真部分使用相关软件及
MODELSIM完成了基于Notch滤波的BFSK解调算法的仿真；逻辑功能设计部分使用
Verilog语言设计了模数转换逻辑、数据缓存逻辑、数据存储逻辑、地址存储逻辑、计算
Notch滤波逻辑、计算自适应门限逻辑、检测遥控指令逻辑和发送应答信号逻辑。
本文所设计的采集存储单元其采样率可调且最大为1MSPS、三路通道同时采集、存
储容量2TB。同时遥控单元可对水声遥控指令进行检测，然后根据指令内容执行相应操
作及回复相应的应答信号，并且可实现的遥控距离不少于2km。
关键词：海洋环境噪声；多通道采集；水声遥控；FPGA；TF卡
水声采集存储单元软硬件设计与实现
ABSTRACT
Thereisalargeamountofnoisegeneratedbyships,organisms,geologicalchanges,etc.in
theocean,whichisthemaininterferencesourceofunderwateracousticchannelswhen
conductingunderwaterexplorationorcommunication.Atthesametime,variousmarine
environmentalinformationcanalsobeobtainedthroughinversionofmarineenvironmental
noise.Therefore,itisveryimportanttoobtainthecharacteristicsandworkingmodelsofmarine
environmentalnoisebyanalyzingalargeamountofeffectivenoisedata.Inordertoobtaina
largeamountofnoisedatawithawidefrequencyrange,theacquisitionandstorageunit
designedinthisarticleusesahighsamplingrateanalog-to-digitalconversionchip,andstores
thecollecteddataintoalargecapacityTFcard.Atthesametime,aremotecontrolunithasbeen
designedforremotelycontrollingthestartupofequipmentandmonitoringitsstoragestatusin
real-time.Aunderwateracousticacquisitionandstorageunitwithunderwateracousticremote
controlfunctionwasdesigned