CORDIC算法在超声相控阵检测仪的应用

发布时间：2017-10-12 22:03

  本文关键词：CORDIC算法在超声相控阵检测仪的应用

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【摘要】：超声相控阵是一种重要的无损检测方法,保证超声相控阵检测仪对数据信号的高精度实时处理能有效提高系统工作的稳定性。CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer)即坐标旋转数字计算方法,通过简单的加法和移位运算即可实现计算三角函数、对数函数、开平方函数等超越函数,可降低硬件实现难度。本文以“CORDIC算法在超声相控阵检测仪的应用”为题,提出将CORDIC算法应用于超声相控阵仪器中以计算相关复杂函数,为超声相控阵仪器数据信号处理方法提供新思路,对超声相控阵检测技术乃至无损检测技术的发展都具有重要学术价值与实际意义。研究工作得到国家重大科学仪器设备开发专项(No.2013YQ230575)资助。本文围绕CORDIC算法在超声相控阵检测仪的应用进行研究,主要工作包括:(1)针对传统CORDIC算法缺点,分别阐述高基数CORDIC算法、角度重编码CORDIC算法、混合粗微调CORDIC算法与冗余CORDIC算法这4种改进型CORDIC算法原理,并分析各自的应用特点、各改进型算法的优缺点与应用领域。(2)阐述直接数字式频率合成DDS(Direct Digital Synthesizer)技术基本原理,分析超声相控阵DDS数字合成模块的功能与信号处理特点,并将高基数CORDIC算法应用于DDS数字合成模块中,进行相关算法建模与性能仿真。实验证明,高基数CORDIC算法实现正余弦三角函数运算结果绝对误差值小于9.0×10-5。(3)研究时间增益补偿TGC(Time Gain Compensate)技术基本原理,阐述超声相控阵TGC模块的功能与信号处理特点,将高基数CORDIC算法应用于TGC模块并进行算法建模与性能仿真。实验证明,高基数CORDIC算法实现对数函数运算结果绝对误差值小于7.0×10-5。(4)阐述正交解调技术基本原理,分析超声相控阵回波正交解调模块功能与信号处理特点,将混合粗微调CORDIC算法应用于该模块并进行算法建模与性能仿真。实验证明混合粗微调CORDIC算法实现开平方函数运算结果绝对误差值小于2.0×10-4。仿真实验表明,CORDIC算法在超声相控阵检测仪中的运用,能有效保证数据精度同时,也大幅降低算法硬件复杂度,验证了CORDIC算法在超声相控阵检测仪中应用的有效性与可行性。
【关键词】：超声相控阵 CORDIC算法 DDS TGC 正交解调
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH878.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 超声相控阵检测仪基本构架与信号实时处理需求12-14
• 1.3 课题相关内容国内外研究进展14-22
• 1.3.1 超声相控阵仪器复杂函数计算方法14-18
• 1.3.2 CORDIC算法技术发展18-22
• 1.4 课题主要研究内容及章节安排22-23
• 第二章 几种改进CORDIC算法与应用分析23-37
• 2.1 引言23
• 2.2 高基数CORDIC算法23-25
• 2.2.1 算法原理23-24
• 2.2.2 特点与应用分析24-25
• 2.3 角度重编码CORDIC算法25-29
• 2.3.1 算法原理25-28
• 2.3.2 特点与应用分析28-29
• 2.4 混合粗微调CORDIC算法29-34
• 2.4.1 算法原理29-33
• 2.4.2 特点与应用分析33-34
• 2.5 基于冗余数CORDIC算法34-36
• 2.5.1 算法原理34-35
• 2.5.2 特点与应用分析35-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第三章 基于高基数CORDIC算法DDS数字合成模块研究37-53
• 3.1 引言37
• 3.2 超声相控阵DDS数字合成模块37-45
• 3.2.1 DDS基本原理37-43
• 3.2.2 超声相控阵DDS数字合成模块功能与应用43-44
• 3.2.3 信号处理特点44-45
• 3.3 基于高基数CORDIC算法DDS数字合成模块设计45-49
• 3.3.1 基于高基数CORDIC算法DDS数字合成模块建模46-47
• 3.3.2 DDS数字合成模块FPGA实现47-49
• 3.4 基于高基数CORDIC算法DDS数字合成模块性能仿真49-52
• 3.4.1 仿真方法49-50
• 3.4.2 结果分析50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 基于高基数CORDIC算法TGC模块研究53-68
• 4.1 引言53
• 4.2 超声相控阵TGC模块53-62
• 4.2.1 TGC基本原理53-59
• 4.2.2 超声相控阵TGC模块功能与应用59-61
• 4.2.3 信号处理特点61-62
• 4.3 基于高基数CORDIC算法TGC模块设计62-64
• 4.3.1 基于高基数CORDIC算法TGC模块建模62-63
• 4.3.2 TGC模块FPGA实现63-64
• 4.4 基于高基数CORDIC算法TGC模块性能仿真64-67
• 4.4.1 仿真方法65
• 4.4.2 结果分析65-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第五章 基于混合粗微调CORDIC算法超声回波正交解调模块研究68-83
• 5.1 引言68
• 5.2 超声相控阵回波正交解调模块68-76
• 5.2.1 正交解调基本原理69-74
• 5.2.2 超声相控阵回波正交解调模块功能与应用74-76
• 5.2.3 信号处理特点76
• 5.3 基于混合粗微调CORDIC算法回波正交解调模块设计76-79
• 5.3.1 基于混合粗微调CORDIC算法回波正交解调模块建模77
• 5.3.2 回波正交解调模块FPGA实现77-79
• 5.4 基于混合粗微调CORDIC算法回波正交解调模块性能仿真79-81
• 5.4.1 仿真方法79-80
• 5.4.2 结果分析80-81
• 5.5 本章小结81-83
• 结论与展望83-85
• 参考文献85-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90
• 致谢90-91
• 附件91

【参考文献】

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本文编号：1021142