随着内河船舶运输业的发展,运输需求量的增加,船方为了追求利益最大化通常会采取谎报船舶吃水信息、篡改船身水尺等手段躲避海事部门的检查,从而酿成严重的航运事故。针对传统船舶吃水检测系统的弊端,本文设计的升船机通航船舶吃水检测系统可进行实时离船吃水检测,不仅可以减少船舶事故的发生,也可以大大地提高船舶的通航效率,意义重大。本文在侧扫式船舶吃水检测系统的基础上,首先分析了水下超声波衍射效应的原理;其次研究了超声波换能器的声压分布,为超声波发射器接收器的选取提供了理论基础;最后仿真了水下声场,采用短时脉冲分时控制方法解决传感器间串扰和多途效应带来的问题。根据通航船舶吃水检测系统要求,设计了基于STM32和FPGA双核结构的下位机系统,使用幅值均值特征方法提取超声波传感器传输路径的特征数据解决多路传感器数据量过大的问题。研制的上位机系统采用传感器数据特征标准化的方法消除新旧传感器参数不一致造成的测量误差,同时使用最小二乘回归直线预测方法解决通航船舶尾部螺旋桨引起的船舶吃水量计算误差的问题。所设计的升船机通航船舶吃水检测系统经过中国计量科学研究院计量校准,当航道宽度为50m时,其精度为0.028m。该系统在三峡升船机进行实船吃水量测量,与目测吃水值相比,其对比差为0.08m。