基于FPGA+DSP的多通道声呐信号采集系统研究与设计
电子技术应用
徐超，郭帅
中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 声呐是一种非常常见的水下探测技术，在多通道声呐回波信号采集中，单一通道采集精度、通道间的相位幅度一致性以及串扰都会影响最终探测结果，使解算结果和实际目标大相径庭，严重影响后级决策。针对这种问题，采用直接数字频率合成（DDS）技术生成同源时钟，确保每一通道采集均保持严格同步，降低因时间差导致运动目标的位移误差。同时，针对大量原始采集数据的传输延迟，进一步利用高速串行协议（SRIO）来提升传输带宽，达到实时探测的目的。最终通过实际工程设计，验证了方案的可行性。
中圖分類號：TN914 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257251
中文引用格式： 徐超，郭帥. 基于FPGA+DSP的多通道聲吶信號采集系統研究與設計[J]. 電子技術應用，2026，52(5)：47-53.
英文引用格式： Xu Chao，Guo Shuai. Research and design of a multi-channel sonar signal acquisition system based on FPGA and DSP[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(5)：47-53.
中文引用格式： 徐超，郭帥. 基于FPGA+DSP的多通道聲吶信號采集系統研究與設計[J]. 電子技術應用，2026，52(5)：47-53.
英文引用格式： Xu Chao，Guo Shuai. Research and design of a multi-channel sonar signal acquisition system based on FPGA and DSP[J]. Application of Electronic Technique，2026，52(5)：47-53.
Research and design of a multi-channel sonar signal acquisition system based on FPGA and DSP
Xu Chao，Guo Shuai
China Electronics Technology Group Corporation No.58 Research Institute
Abstract： Sonar is a highly prevalent underwater detection technology. In multi-channel sonar echo signal acquisition, the accuracy of individual channels, phase and amplitude consistency among channels, and crosstalk can all compromise the final detection outcomes, leading to significant discrepancies between the calculated results and the actual targets, thereby severely impacting subsequent decision-making. To address these issues, this paper employs Direct Digital Synthesis (DDS) technology to generate a common-source clock, ensuring strict synchronization across all acquisition channels and reducing displacement errors of moving targets caused by timing mismatches. Furthermore, to mitigate transmission delays associated with large volumes of raw acquired data, high-speed serial protocols such as Serial RapidIO (SRIO) are utilized to enhance transmission bandwidth, achieving real-time detection capabilities. The feasibility of the proposed approach is ultimately validated through practical engineering design.
Key words : sonar；phase consistency；common-source clock；transmission bandwidth
引言
隨著水下探測技術及智能水下裝備的快速發展，聲吶技術作為水下目標感知的核心手段，在海洋工程、國防軍事、環境監測等領域發揮著不可替代的作用。聲吶系統通過發射和接收聲波信號，能夠穿透水體實現目標探測、定位與成像，其性能直接依賴于信號采集的質量與效率。然而，水下環境的復雜性與多變性（如噪聲干擾、多徑效應、信號衰減等）對聲吶信號的精確采集與處理提出了嚴峻挑戰，亟需從硬件設計、信號處理算法及系統優化等多維度進行深入研究[1]。
近年來，高精度聲吶信號采集技術的研究取得了顯著進展。一方面，傳感器技術、模數轉換（ADC）芯片性能的提升為高動態范圍、低噪聲的信號采集提供了硬件基礎；另一方面，自適應濾波、壓縮感知、深度學習等算法的引入，顯著增強了復雜環境下微弱信號提取與噪聲抑制的能力。然而，現有聲吶采集系統仍面臨諸多瓶頸，例如：在高速、高分辨率采集需求下，硬件設計上引入了時鐘誤差，使得多通道采集的數據存在時間差，嚴重影響目標的重構與方位解算；傳輸帶寬的限制降低了刷新率，特別是面對水下武器威脅時無法保證實時性[2]。上述問題的存在限制了聲吶系統的應用效果。
本文聚焦于聲吶信號采集系統的設計與優化，旨在通過改進采集電路架構、利用同源時鐘技術，提升系統在信號采集和目標解算的準確率。研究內容主要包括：（1）基于低噪聲模擬前端與高精度同步時鐘的硬件平臺設計；（2）FPGA同步采集和DSP數據處理方法；（3）高帶寬實時性數據傳輸方式。最后通過實際板卡，驗證策略的有效性。
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作者信息：
徐超，郭帥
（中國電子科技集團公司第五十八研究所， 江蘇 無錫 214000）
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