基于ZYNQ的侧扫声纳信号处理系统设计
发布时间：2021-02-10 05:01
近年来人们越来越重视海洋所蕴含的经济价值,进一步加大对海洋的开发利用。为了有效地对海洋资源进行探测和开发,需要对整个海洋地形地貌进行全面的了解。侧扫声纳作为一种主动声纳,其利用海底反向散射可以构建海底的地形地貌信息,促进了海洋资源开发的进程。因此开发具有实时性的侧扫声纳系统就有了非常重要的意义。本文在详细分析了侧扫声纳的基本原理、脉冲压缩技术、匹配滤波器原理以及ZYNQ技术之后,提出并设计了基于ZYNQ的侧扫声纳信号处理系统。本文的主要研究工作与成果归纳如下:（1）通过详细分析侧扫声纳信号处理过程的计算量和存储量,同时根据FIR数字低通滤波器、CIC抽取滤波器以及匹配滤波器的设计原理,分别设计了数字正交解调、低通滤波器、抽取滤波器和匹配滤波器计算单元。另外针对整体的工作流程,设计了多核异构计算平台的数据传输方案,有效地解决了数据传输的高带宽问题。（2）本文首先设计了侧扫声纳信号处理硬件系统,然后设计了一种软件与硬件相结合的信号处理方法,主要包括用Verilog HDL硬件描述语言设计的信号发射、信号接收同步、自定义读取DMA、数字正交解调、低通滤波器、抽取滤波器、匹配滤波器以及自定义存...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文组织结构
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文章节安排
第二章 侧扫声纳原理及ZYNQ技术
2.1 侧扫声纳的基本原理
2.2 脉冲压缩技术
2.3 匹配滤波器原理
2.4 ZYNQ技术
2.4.1 ZYNQ的概述
2.4.2 处理系统PS部分
2.4.3 可编程逻辑PL部分
2.4.4 PS-PL系统互联结构
2.5 本章小结
第三章 基于ZYNQ的信号处理单元设计
3.1 FIR数字滤波器设计
3.1.1 FIR滤波器原理及基本结构
3.1.2 FIR数字滤波器的设计方法
3.1.3 FIR数字滤波器设计
3.2 抽取滤波器设计
3.2.1 抽取的基本原理
3.2.2 滤波器设计
3.3 匹配滤波器设计
3.4 数据传输模块
3.4.1 数据传输模块方案设计
3.4.2 基于AXI4 总线的自定义DMA IP核设计
3.5 本章小结
第四章 基于ZYNQ的软硬件结合设计方法
4.1 硬件平台及信号处理整体方案设计
4.1.1 总体功能需求
4.1.2 系统硬件平台设计
4.1.3 信号处理整体方案设计
4.2 信号发射IP核
4.3 信号接收同步IP核
4.4 自定义读取DMA IP核
4.5 信号处理IP核
4.5.1 数字正交解调
4.5.2 低通滤波器
4.5.3 抽取降采样
4.5.4 匹配滤波器
4.6 自定义存储DMA IP核
4.7 嵌入式系统设计
4.8 本章小结
第五章 实验结果及分析
5.1 数据传输模块测试
5.1.1 数据读取测试
5.1.2 数据存储测试
5.2 模拟声纳回波信号测试
5.2.1 算法仿真分析
5.2.2 模拟信号测试
5.3 整机系统实验室测试
5.3.1 发射信号测试
5.3.2 接收同步信号测试
5.4 整机系统水槽测试
5.5 整机系统水池测试
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
1 作者简历
2 参与的科研项目
3 获奖情况
4 发明专利
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GIS的海洋地质数据集成管理与可视化[J]. 肖鹏,李有桢,王悦东,刘斌,李安龙. 测绘地理信息. 2019(05)
[2]“蛟龙号”载人潜水器的研制及其对中国深海探索的推动[J]. 崔维成,宋婷婷. 科技导报. 2019(16)
[3]侧扫声呐CW信号和Chirp信号比较分析[J]. 库安邦. 声学与电子工程. 2019(02)
[4]水声定位导航技术的发展与展望[J]. 孙大军,郑翠娥,张居成,韩云峰,崔宏宇. 中国科学院院刊. 2019(03)
[5]起伏地形条件下侧扫声呐探测存在的问题及改进方法——以海底管道检测为例[J]. 陶常飞,徐永臣,周兴华,王方旗,丁继胜,林旭波. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(05)
[6]侧扫声呐图像应用领域综述[J]. 王晓,王爱学,蒋廷臣,杨毅,张博宇. 测绘通报. 2019(01)
[7]蛟龙号载人潜水器在深海精细地形地貌探测中的应用[J]. 张同伟,唐嘉陵,李正光,周玉斌,王向鑫. 中国科学:地球科学. 2018(07)
[8]深海潜水器研究现状与展望[J]. 朱大奇,胡震. 安徽师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[9]利用FPGA实现脉冲压缩的方法研究[J]. 姜文博. 通信电源技术. 2018(04)
[10]侧扫声纳探测技术的研究现状及发展[J]. 库安邦,周兴华,彭聪. 海洋测绘. 2018(01)
博士论文
[1]侧扫声呐图像特征匹配方法研究[D]. 李鹏.哈尔滨工程大学 2016
[2]中国海洋强国战略下的政府海洋管理体制研究[D]. 于思浩.吉林大学 2013
[3]相控阵三维摄像声纳系统信号处理关键技术研究[D]. 袁龙涛.浙江大学 2013
硕士论文
[1]声纳图像水下管线检测与跟踪技术研究[D]. 丁安.江苏科技大学 2019
[2]AUV载多波束声呐接收系统硬件平台设计与实现[D]. 阚成良.哈尔滨工程大学 2019
[3]侧扫声呐图像的三维重构[D]. 王杰英.浙江大学 2018
[4]嵌入式侧扫声纳模块化硬件设计与实现[D]. 曹天宇.哈尔滨工程大学 2018
[5]侧扫声纳显控软件的设计与实现[D]. 付丽嘉.哈尔滨工程大学 2018
[6]合成孔径声呐发射机的设计与实现[D]. 金松健.杭州电子科技大学 2017
[7]声学多普勒剖面仪信号处理系统研究[D]. 金礼聪.浙江工业大学 2017
[8]嵌入式侧扫声纳数据采集与存储平台的设计[D]. 李欣阳.哈尔滨工程大学 2017
[9]基于VxWorks的侧扫声纳目标探测和显控软件开发[D]. 徐扬.哈尔滨工程大学 2017
[10]FPGA实现高速雷达信号脉冲压缩处理[D]. 姜文博.西安电子科技大学 2016
本文编号：3026823
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 论文组织结构
1.3.1 主要研究内容
1.3.2 论文章节安排
第二章 侧扫声纳原理及ZYNQ技术
2.1 侧扫声纳的基本原理
2.2 脉冲压缩技术
2.3 匹配滤波器原理
2.4 ZYNQ技术
2.4.1 ZYNQ的概述
2.4.2 处理系统PS部分
2.4.3 可编程逻辑PL部分
2.4.4 PS-PL系统互联结构
2.5 本章小结
第三章 基于ZYNQ的信号处理单元设计
3.1 FIR数字滤波器设计
3.1.1 FIR滤波器原理及基本结构
3.1.2 FIR数字滤波器的设计方法
3.1.3 FIR数字滤波器设计
3.2 抽取滤波器设计
3.2.1 抽取的基本原理
3.2.2 滤波器设计
3.3 匹配滤波器设计
3.4 数据传输模块
3.4.1 数据传输模块方案设计
3.4.2 基于AXI4 总线的自定义DMA IP核设计
3.5 本章小结
第四章 基于ZYNQ的软硬件结合设计方法
4.1 硬件平台及信号处理整体方案设计
4.1.1 总体功能需求
4.1.2 系统硬件平台设计
4.1.3 信号处理整体方案设计
4.2 信号发射IP核
4.3 信号接收同步IP核
4.4 自定义读取DMA IP核
4.5 信号处理IP核
4.5.1 数字正交解调
4.5.2 低通滤波器
4.5.3 抽取降采样
4.5.4 匹配滤波器
4.6 自定义存储DMA IP核
4.7 嵌入式系统设计
4.8 本章小结
第五章 实验结果及分析
5.1 数据传输模块测试
5.1.1 数据读取测试
5.1.2 数据存储测试
5.2 模拟声纳回波信号测试
5.2.1 算法仿真分析
5.2.2 模拟信号测试
5.3 整机系统实验室测试
5.3.1 发射信号测试
5.3.2 接收同步信号测试
5.4 整机系统水槽测试
5.5 整机系统水池测试
5.6 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 研究工作总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介
1 作者简历
2 参与的科研项目
3 获奖情况
4 发明专利
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于GIS的海洋地质数据集成管理与可视化[J]. 肖鹏,李有桢,王悦东,刘斌,李安龙. 测绘地理信息. 2019(05)
[2]“蛟龙号”载人潜水器的研制及其对中国深海探索的推动[J]. 崔维成,宋婷婷. 科技导报. 2019(16)
[3]侧扫声呐CW信号和Chirp信号比较分析[J]. 库安邦. 声学与电子工程. 2019(02)
[4]水声定位导航技术的发展与展望[J]. 孙大军,郑翠娥,张居成,韩云峰,崔宏宇. 中国科学院院刊. 2019(03)
[5]起伏地形条件下侧扫声呐探测存在的问题及改进方法——以海底管道检测为例[J]. 陶常飞,徐永臣,周兴华,王方旗,丁继胜,林旭波. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2019(05)
[6]侧扫声呐图像应用领域综述[J]. 王晓,王爱学,蒋廷臣,杨毅,张博宇. 测绘通报. 2019(01)
[7]蛟龙号载人潜水器在深海精细地形地貌探测中的应用[J]. 张同伟,唐嘉陵,李正光,周玉斌,王向鑫. 中国科学:地球科学. 2018(07)
[8]深海潜水器研究现状与展望[J]. 朱大奇,胡震. 安徽师范大学学报(自然科学版). 2018(03)
[9]利用FPGA实现脉冲压缩的方法研究[J]. 姜文博. 通信电源技术. 2018(04)
[10]侧扫声纳探测技术的研究现状及发展[J]. 库安邦,周兴华,彭聪. 海洋测绘. 2018(01)
博士论文
[1]侧扫声呐图像特征匹配方法研究[D]. 李鹏.哈尔滨工程大学 2016
[2]中国海洋强国战略下的政府海洋管理体制研究[D]. 于思浩.吉林大学 2013
[3]相控阵三维摄像声纳系统信号处理关键技术研究[D]. 袁龙涛.浙江大学 2013
硕士论文
[1]声纳图像水下管线检测与跟踪技术研究[D]. 丁安.江苏科技大学 2019
[2]AUV载多波束声呐接收系统硬件平台设计与实现[D]. 阚成良.哈尔滨工程大学 2019
[3]侧扫声呐图像的三维重构[D]. 王杰英.浙江大学 2018
[4]嵌入式侧扫声纳模块化硬件设计与实现[D]. 曹天宇.哈尔滨工程大学 2018
[5]侧扫声纳显控软件的设计与实现[D]. 付丽嘉.哈尔滨工程大学 2018
[6]合成孔径声呐发射机的设计与实现[D]. 金松健.杭州电子科技大学 2017
[7]声学多普勒剖面仪信号处理系统研究[D]. 金礼聪.浙江工业大学 2017
[8]嵌入式侧扫声纳数据采集与存储平台的设计[D]. 李欣阳.哈尔滨工程大学 2017
[9]基于VxWorks的侧扫声纳目标探测和显控软件开发[D]. 徐扬.哈尔滨工程大学 2017
[10]FPGA实现高速雷达信号脉冲压缩处理[D]. 姜文博.西安电子科技大学 2016
本文编号：3026823
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