基于DSP与FPGA的数字ADCP信号处理系统
发布时间：2022-02-10 19:49
声学多普勒流速剖面仪（ADCP）是一种利用超声信号的多普勒效应和超声测距原理,来测量水流断面不同层面的流速的装置。在海洋洋流观测和河流流量测量中广泛应用。目前国外数字ADCP技术发展比较成熟,而国内目前还没有商用产品推出,所以研究发展我国自己的ADCP技术产品很有必要。由于处理器运算性能和功耗的限制,传统ADCP算法和系统主要通过模拟电路来实现。随着DSP运算性能的提升和模数转换器（ADC）的分辨率和采样率的提升,人们更加希望将信号的运算尽可能的放在数字端进行。这样可以简化模拟链路端的复杂度,提高系统的通用性、灵活性和稳定性。作者经过调研分析,在充分了解了ADCP技术基本原理的基础上,确定了本文ADCP信号处理系统的研发方案。采用了具有并行高速处理能力的FPGA技术和功能强大的DSP信号处理技术。利用短时功率谱估计算法——复自相关算法和AR功率谱估计算法。利用超外差技术,TGA放大器技术,超声功率驱动技术,实现对高频小信号的提取、放大和传输。设计了相应的原理电路,PCB电路板,完成了硬件制作,并设计了计算流程,编写了相应的软件程序,最终完成了实验室台面的数字ADCP信号处理系统。对制作...
【文章来源】：华北电力大学河北省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TMS320C6748芯片内部部件图
华北电力大学硕士学位论文2-9 为 PGA 芯片的内部原理图，内部集成了 SPI 数字接口，模拟开关和放大器元，通过 SPI 通信协议向 PGA112 芯片发送不同的增益指令，PGA112 芯片的大增益将会改变。使用集成的编程增益芯片配合 FPGA 的控制，实现的 TGA有体积小，控制灵活，调试难度低等特点。
华北电力大学硕士学位论文LC 选频放大电路放大。然后通过混频器变频，混频器的本振是通过 AD9834 DD芯片产生的。AD9834 的控制接口是和 FPGA 连接在一起，通过 FPGA 产生时序可以控制 AD9834 的输出频率。经过混频以后的信号信号通过无源带通滤波器BPF1 滤除和频信号，剩下系统需要保留的差频信号。差频信号经过中频放大 TG放大器。TGA 的输出经过有源抗混叠滤波器，然后通过 AD9835 模数转换器采集到 FPGA 例化的 FIFO 中。3.2 ADCP 下位机各模块电路设计3.2.1 信号采集电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]ADCP技术发展及其应用综述[J]. 刘彦祥. 海洋测绘. 2016(02)
[2]基于Modbus协议的声学多普勒流速剖面仪软件实现[J]. 刘征宇,陈允锋,陈梦英. 声学技术. 2015(03)
[3]基于声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的应用研究[J]. 陈福春,唐晶晶,康修洪,邓凌毅. 江西水利科技. 2014(02)
[4]OMAP平台嵌入式声学多普勒流速剖面仪系统设计与实现[J]. 石靖鹏,彭东立,朱安珏. 声学技术. 2014(03)
[5]常见的功率谱估计方法及其Matlab仿真[J]. 邓泽怀,刘波波,李彦良. 电子科技. 2014(02)
[6]声学多普勒流速剖面仪在流量测验中的应用[J]. 韩兴胜,张芳红. 黑龙江水利科技. 2013(08)
[7]基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计[J]. 彭宇,姜红兰,杨智明,乔立岩,刘旺. 国外电子测量技术. 2013(01)
[8]超声多普勒效应实验装置的设计与应用[J]. 李卓凡,王小怀. 实验技术与管理. 2011(08)
[9]AR模型功率谱估计及Matlab实现[J]. 闫庆华,程兆刚,段云龙. 计算机与数字工程. 2010(04)
[10]利用波束散射模型分析BBADCP的性能[J]. 刘德铸,孙大军,张殿伦. 哈尔滨工程大学学报. 2010(03)
博士论文
[1]声学多普勒流速测量关键技术研究[D]. 刘德铸.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]走航式ADCP测速技术研究与软件设计[D]. 梁琴.哈尔滨工程大学 2016
[2]ADCP数字信号处理平台设计[D]. 贲广利.哈尔滨工程大学 2016
[3]1MHz声学多普勒流速剖面仪关键技术研究[D]. 李瑞琪.华北电力大学 2016
[4]一种新型ADCP数学模型的可行性研究[D]. 吴玉尚.中国海洋大学 2015
[5]随机信号的功率谱估计及其算法的改进[D]. 李颖.天津大学 2015
[6]ADCP中剖面流速数据处理及误差控制[D]. 周丽.东南大学 2015
[7]基于FPGA和DSP的嵌入式多通道数据采集与处理系统[D]. 王寅超.华东师范大学 2012
[8]功率谱估计在宽带ADCP信号检测中的研究与应用[D]. 汪胜波.中国海洋大学 2011
[9]数字ADCP中央控制模块的改进研究[D]. 吕大伟.天津大学 2007
[10]基于双核处理器的ADCP系统研制与开发[D]. 王伟.大连理工大学 2006
本文编号：3619426
【文章来源】：华北电力大学河北省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
TMS320C6748芯片内部部件图
华北电力大学硕士学位论文2-9 为 PGA 芯片的内部原理图，内部集成了 SPI 数字接口，模拟开关和放大器元，通过 SPI 通信协议向 PGA112 芯片发送不同的增益指令，PGA112 芯片的大增益将会改变。使用集成的编程增益芯片配合 FPGA 的控制，实现的 TGA有体积小，控制灵活，调试难度低等特点。
华北电力大学硕士学位论文LC 选频放大电路放大。然后通过混频器变频，混频器的本振是通过 AD9834 DD芯片产生的。AD9834 的控制接口是和 FPGA 连接在一起，通过 FPGA 产生时序可以控制 AD9834 的输出频率。经过混频以后的信号信号通过无源带通滤波器BPF1 滤除和频信号，剩下系统需要保留的差频信号。差频信号经过中频放大 TG放大器。TGA 的输出经过有源抗混叠滤波器，然后通过 AD9835 模数转换器采集到 FPGA 例化的 FIFO 中。3.2 ADCP 下位机各模块电路设计3.2.1 信号采集电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]ADCP技术发展及其应用综述[J]. 刘彦祥. 海洋测绘. 2016(02)
[2]基于Modbus协议的声学多普勒流速剖面仪软件实现[J]. 刘征宇,陈允锋,陈梦英. 声学技术. 2015(03)
[3]基于声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的应用研究[J]. 陈福春,唐晶晶,康修洪,邓凌毅. 江西水利科技. 2014(02)
[4]OMAP平台嵌入式声学多普勒流速剖面仪系统设计与实现[J]. 石靖鹏,彭东立,朱安珏. 声学技术. 2014(03)
[5]常见的功率谱估计方法及其Matlab仿真[J]. 邓泽怀,刘波波,李彦良. 电子科技. 2014(02)
[6]声学多普勒流速剖面仪在流量测验中的应用[J]. 韩兴胜,张芳红. 黑龙江水利科技. 2013(08)
[7]基于DSP和FPGA的通用数字信号处理系统设计[J]. 彭宇,姜红兰,杨智明,乔立岩,刘旺. 国外电子测量技术. 2013(01)
[8]超声多普勒效应实验装置的设计与应用[J]. 李卓凡,王小怀. 实验技术与管理. 2011(08)
[9]AR模型功率谱估计及Matlab实现[J]. 闫庆华,程兆刚,段云龙. 计算机与数字工程. 2010(04)
[10]利用波束散射模型分析BBADCP的性能[J]. 刘德铸,孙大军,张殿伦. 哈尔滨工程大学学报. 2010(03)
博士论文
[1]声学多普勒流速测量关键技术研究[D]. 刘德铸.哈尔滨工程大学 2010
硕士论文
[1]走航式ADCP测速技术研究与软件设计[D]. 梁琴.哈尔滨工程大学 2016
[2]ADCP数字信号处理平台设计[D]. 贲广利.哈尔滨工程大学 2016
[3]1MHz声学多普勒流速剖面仪关键技术研究[D]. 李瑞琪.华北电力大学 2016
[4]一种新型ADCP数学模型的可行性研究[D]. 吴玉尚.中国海洋大学 2015
[5]随机信号的功率谱估计及其算法的改进[D]. 李颖.天津大学 2015
[6]ADCP中剖面流速数据处理及误差控制[D]. 周丽.东南大学 2015
[7]基于FPGA和DSP的嵌入式多通道数据采集与处理系统[D]. 王寅超.华东师范大学 2012
[8]功率谱估计在宽带ADCP信号检测中的研究与应用[D]. 汪胜波.中国海洋大学 2011
[9]数字ADCP中央控制模块的改进研究[D]. 吕大伟.天津大学 2007
[10]基于双核处理器的ADCP系统研制与开发[D]. 王伟.大连理工大学 2006
本文编号：3619426
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