近几年来,随着国民经济的发展,内河航运尤其是长江航运凭借其运量大、环保、节能、成本低等优点,发展十分迅速。向家坝水电站的建设大大改善了其所属流域的航运条件,提高了通航效率。但与此同时,内河航运超载、超吃水的问题日益突出,严重威胁了航道和通航设施。特别是对于向家坝升船机,过机船舶超载或超吃水不仅会影响船舶自身的安全,而且对升船机设施安全稳定运行构成重大的安全隐患。面对向家坝升船机通航船舶吃水检测的需求,我们针对向家坝上游存在的水位变化巨大、安装条件特殊、吃水检测设备安装困难等特点,设计了一套单浮式通航船舶吃水检测系统。通过水位计对检测门姿态和位置变化进行补偿;采用水位计与超声波测距传感器相结合的方式对测距结果进行声速补偿,实现了对通航船舶吃水的实时离船测量,提高了升船机的通航效率。利用单浮式检测平台进行测量的吃水检测方案对整个系统的设计提出了新的要求。首先为了降低检测门的设计难度和系统维护与安装难度,需要尽量减轻检测门的重量。为此我们在分析了超声波特性和超声波换能器的特性之后,重新设计了基于STM32的超声波测距模块来实现测距电路的水上部署,减轻了检测门的负担。同时通过设计基于FPGA的同步控制与数据采集模块来提高数据采集效率。分析了吃水检测系统存在的检测盲区问题,提出了基于最小二乘法的最大吃水拟合算法来消除因盲区的存在而产生的误差,该算法的应用成功地扩展了吃水检测系统的有效测量范围,有效地降低了单浮式检测门水下部署深度。经过实验室初步实验后,我们在向家坝上游进行了大量的实船测量实验。测量数据的分析结果表明,该系统误差小于0.1m,满足项目需求。目前向家坝上游通航船舶吃水检测系统已经进入试运行阶段。