成像声纳信号源与信号采集系统设计实现new

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1、分类号：UDC：密级：编号：工学硕士学位论文成像声纳信号源与信号采集系统设计实现硕士研究生：陈志纯指导教师：李海森教授学位级别：工学硕士学科、专业：信号与信息处理所在单位：水声工程学院论文提交日期：2009年2月论文答辩日期：2009年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学硕士学位论文摘要近年来，随着海洋开发和水下探测需求的日益增加，成像声纳的研究越来越受到重视，其中信号源和信号采集系统作为成像声纳中不可缺少的组成部分，对其进行深入的研究具有重要的现实意义。高性能的信号源是高性能成像声纳系统得以实现的基本保证。DDS(直接数字频率合成)技术具有频率分辨率高、切换速

2、度快、切换时相位连续等优点，因此将该技术应用于信号源的实现有利于保证信号源的性能。传统的DDS采用ROM查找表实现相幅转换，但通过这种方法实现高性能的DDS需要很庞大的ROM表，论文针对其这一缺陷，使用CORDIC算法代替ROM表实现相幅转换，不仅能够获得较高的精度，还可以节省硬件资源。多通道信号采集系统在成像声纳系统中起到承上起下的作用。为了充分体现在高性能FPGA平台上设计SOC系统的思路，本文提出了多片由A／D转换芯片、高性能FPGA、CPCI总线接口、HOTLink串行数据传输接口组成的多通道信号采集硬件系统设计方案，同时对其实现方法进行了系统的研究；并在该硬件平

3、台基础上完成了其逻辑设计，使其具有了信号采集、数据缓存和数据上传的功能。为了得到成像声纳所需的正交信号，需要获得信号的同相分量和正交分量。本文在研究了带通采样定理及正交变换理论的基础上，分析了数字正交变换的几种实现方法；利用VerilogHDL语言与IPCore调用相结合的方法，采用低通滤波器法实现了正交变换，在保证正确性和尽可能快的处理速度的同时实现了资源合理优化。论文使用FPGA作为控制处理核心和传输桥梁，使系统具有良好的通用性、可适应性、可扩展性和可调试性。关键词：成像声纳；FPGA：信号源；信号采集：正交变换ABSTRACTWiththeincreasingreq

4、uirementsofoceanexploitationandunderwaterdetection，thedevelopmentofimagingsonarsystemobtainsextensiveattention．Thesignalsourceandthesignalacquisitionsystemareindispensableandimportantcomponentsoftheimagingsonar,makethoroughresearchonthemareofgreatpracticalsignificance．Hi曲qualitysignalsour

5、ceisthebasicguaranteeoftherealizationofhi曲一performanceimagingsonar．DDStechnologyisofhighfrequencyresolution，fastfrequencyswitchingspeed，andtheabilitytoswitchfrequencieswhilemaintainingconstantphase，applyingthistechnologyintotherealizationofsignalsourcewilldefinitelyguaranteethequalityofsi

6、gnalsource．TraditionalDDStechnologyuseROMtabletorealizethephase．amplitudeconversation，butitcosthugeROMcell．ThedissertationappliestheCORDICalgorithmtorealizethephase—amplitudeconversationinsteadwhichsavesFPGAresourceandachievehilgherprecision．Multi-channelsignalacquisitionplaysanimportantr

7、oleintheimagingsystem．InordertofullyreflectthedesignideasoftheSOCsystemonhi曲performanceFPGAplatform，thethesissuggestedaschemeofdesigningthedataacquisitionsystemwhichiscomposedofA／Dconverters，high-performanceFPGA，CPCIbusinterfaceandHOTLinkserialdatatransferinterfacea