相控阵声学多普勒流速剖面仪(Phased Array Acoustic Doppler Current Profiler,简称PAADCP)是一种基于相控阵技术的新型测流仪器,是海洋勘探与环境监测等领域不可或缺的水声设备之一。与常规活塞式换能器ADCP相比,相控阵测流系统不仅体积更小、具备更低的工作频率,还能有效地免除复杂的声速补偿,使得测流距离更远且精度更高。本文从平面阵换能器的组成结构、多普勒测流算法的原理以及收发硬件系统的组成三方面进行了相关的算法仿真、硬件设计及调试,具体内容如下:首先,本文对相控阵ADCP的研究背景与发展历程做了简单的介绍,并且阐述了其工作原理,在此基础上说明了相控阵ADCP相对于常规活塞换能器式ADCP的优势,并给出了相控阵ADCP的总体设计框图。其次,基于多普勒测流算法在测流系统中的重要性,本文介绍了几种传统的时频分析算法,并分析了其优势与不足,在此基础上提出一种基于非线性模式分解(Nonlinear Mode Decomposition,简称NMD)和自适应最优核(Adaptive Optimal Kernel,简称AOK)的时频分析算法,通过仿真并与前文所提的几种算法结果进行对比,证明其优势。接着,分析了从时频表示图中提取瞬时频率的方法。同时,还对水体的回波进行了建模,并使用仿真产生的回波信号进一步对本文所提出的算法进行验证。另外,本文阐述了相控阵列的工作原理,介绍了一种可用于相控阵ADCP系统中的平面阵阵列结构组成,并且对其相控指向性进行了仿真验证。最后,本文设计并且调试了与所介绍平面阵结构相对应的收发系统电路,其中包括了发射机模块、接收机模块以及收发转换开关模块三部分。此外,还对系统中主要的芯片做了简单的结构、参数的介绍和性能的分析,并给出了测试结果。