通用型高频宽带ADCP信号处理系统设计与实现

发布时间：2024-04-13 09:59

　　文章介绍了一种高频采集、数字解调滤波的通用型高频宽带声学多普勒流速剖面仪(Acoustic Doppler Current Profilers,ADCP)信号处理系统的设计和实现过程。该系统以现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)+数字信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)+低功耗单片机(Mixed Signal Processor 430, MSP430)为架构平台,利用三者在信号处理领域的不同优势,采用软硬件协同设计的方式,解决了高频ADCP高采样率、高数据处理能力及低功耗的应用需求,在保证数据处理速度的基础上实现了相位的严格正交,且通过参数化配置实现了多频段、多功能的通用性设计,可适用于不同频段的走航式及自容式ADCP中。经湖上试验验证,该系统测速精度高,性能稳定可靠,达到了预期的设计指标。该系统的软硬件划分方式对其他高频海洋设备的研制具有一定的参考价值。

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【部分图文】：

图1M序列码生成器模型

M序列是伪随机序列，它具有与随机噪声相似的尖锐相关函数特性，可以将0C通过m个移位寄存器相级联的方式实现[3]。图1为M序列码生成器的模型，移位寄存器的抽头系数和mC恒为1,C1～Cm-1可以为0或1。当给定时钟频率fM=1/?t时，系统输出码元宽度为?t，码长为2m-1-1的编....

图2正交解调框图

式中：ω0为中心频率；ωd为回波信号频移。用相互正交的两路信号分别与接收的回波信号S(t)做乘法运算，得到混频信号，再通过低通滤波器(LPF)滤除高频部分，得到送入复相关运算的复基带信号xR、xI最后得到X(t)。正交解调框图如图2所示。通过低通滤波滤除高频分量，可得到：

图3系统架构框图

本系统是多频段通用型处理系统，对各频段的数据量分析如表1所示。单通道采样点数为Tfs，采样时长T=D/c/2，声速取值c=1500m·s-1。采样频率fs与作用距离D和采样时长T均成反比，因此在标称作用距离情况下，各频段的数据量一致，处理时长一致，易于实现各频段的通用性设计。....

图4预处理单元数据流向

数据预处理操作在FPGA控制单元完成，主要包括发射、接收控制、高速数据采集、复解调、低通滤波和数据抽样等，其数据流向如图4所示。发射控制信号为两路相位相反的M序列编码信号和一路发射包络信号。本设计中使用15个码元的编码方式，每个码元填充10个单频方波信号，占空比为50%，信号频率....

本文编号：3952864