声学多普勒流速剖面仪(ADCP)是一种可以直接测量分层剖面流速的新兴设备,具有测量时间短、范围广等优点。随着宽带ADCP的发展,采用编码信号进一步提升了ADCP的测速性能,兼具较高的时间和空间分辨率。传统的ADCP处理系统通常采用基于DSP的模拟解调滤波方案,模拟解调滤波处理的过程中会引入额外误差,同时很难保证解调后的正交信号完全同步。而采用全数字化的回波处理方案会大幅增加DSP芯片的运算负载,面对不同深度大量数据需要大容量FIFO缓存,同时也降低了测量速度。现场可编程门阵列(FPGA)近些年来迅速发展,在ADCP的应用中,FPGA在实现信号发射及多通道采集的同步性的方面有很大优势,同时在数据处理中,可以根据具体需要在时间和空间资源之间自由权衡。本文首先建立ADCP的声学多普勒频移计算模型,然后提出基于FPGA的ADCP数字处理系统方案,作为DSP的对比方案,设计主要思路是低资源消耗和高吞吐量。考虑到全数字化后数字滤波为主要运算量增加项,系统从优化的CIC+ISOP滤波器组着手,构建逐级优化的数字信号处理链,包括从回波采集后的解调、滤波、复自相关运算和相角解算。最后本文建立ADCP发射采集和处理的软硬件平台,其中硬件平台包括DDS、功率放大、换能器匹配组成的发射电路和回波隔离、增益压控放大、A/D采集组成的接收电路以及附属的其他海洋相关参数测量电路。软件平台包括基于USB传输的顶层状态机和数字信号处理相关模块的具体FPGA实现。在平台搭建后在水箱中进行实验测试,并实现了水体的分层剖面流速测量。