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。
中图分类号：TN914 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257251
中文引用格式： 徐超，郭帅. 基于FPGA+DSP的多通道声呐信号采集系统研究与设计[J]. 电子技术应用，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，郭帅. 基于FPGA+DSP的多通道声呐信号采集系统研究与设计[J]. 电子技术应用，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
随着水下探测技术及智能水下装备的快速发展，声呐技术作为水下目标感知的核心手段，在海洋工程、国防军事、环境监测等领域发挥着不可替代的作用。声呐系统通过发射和接收声波信号，能够穿透水体实现目标探测、定位与成像，其性能直接依赖于信号采集的质量与效率。然而，水下环境的复杂性与多变性（如噪声干扰、多径效应、信号衰减等）对声呐信号的精确采集与处理提出了严峻挑战，亟需从硬件设计、信号处理算法及系统优化等多维度进行深入研究[1]。
近年来，高精度声呐信号采集技术的研究取得了显著进展。一方面，传感器技术、模数转换（ADC）芯片性能的提升为高动态范围、低噪声的信号采集提供了硬件基础；另一方面，自适应滤波、压缩感知、深度学习等算法的引入，显著增强了复杂环境下微弱信号提取与噪声抑制的能力。然而，现有声呐采集系统仍面临诸多瓶颈，例如：在高速、高分辨率采集需求下，硬件设计上引入了时钟误差，使得多通道采集的数据存在时间差，严重影响目标的重构与方位解算；传输带宽的限制降低了刷新率，特别是面对水下武器威胁时无法保证实时性[2]。上述问题的存在限制了声呐系统的应用效果。
本文聚焦于声呐信号采集系统的设计与优化，旨在通过改进采集电路架构、利用同源时钟技术，提升系统在信号采集和目标解算的准确率。研究内容主要包括：（1）基于低噪声模拟前端与高精度同步时钟的硬件平台设计；（2）FPGA同步采集和DSP数据处理方法；（3）高带宽实时性数据传输方式。最后通过实际板卡，验证策略的有效性。
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作者信息：
徐超，郭帅
（中国电子科技集团公司第五十八研究所， 江苏 无锡 214000）
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