基于FPGA的超声相控阵实时全聚焦系统的设计

发布时间：2022-07-07 09:41

　　随着社会的发展和工业生产的需要,超声无损检测设备被广泛应用于工业管道、铁路、航天航空等领域。一种基于超声相控阵检测的全聚焦成像算法相比于传统相控阵具有更高的聚焦精度,更强的缺陷表征能力,被称为“黄金法则”。然而这种全矩阵采集数据再进行后处理的算法需要的数据量和计算量巨大,难以实现实时成像,满足工业现场应用的需求。因此,需要开展针对实时全聚焦方法的研究。本文基于硬件平台的并行特性和全聚焦索引算法,重点对用硬件加速平台实现全聚焦实时成像做了相关研究,设计了基于X86+FPGA架构的超声相控阵实时全聚焦系统。论文基于全聚焦算法的原理和并行特点,采用了数据索引法来实现全聚焦成像。分析了系统的设计需求,结合FPGA操作的并行性,提出了 X86+FPGA的硬件架构作为超声相控阵实时全聚焦系统的总体设计方案。论文详细论述了以X86模块为核心板,底板FPGA芯片为计算核心的相控阵实时全聚焦系统的硬件电路原理图设计,包括底板DDR3存储电路设计、QSPI flash电路设计、AD9681数据采集电路设计、USB接口电路设计、以及LCD显示电路设计,搭建了相控阵实时全聚焦系统实验电路板。该系统主要计算都在... 

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外的发展现状与趋势
    1.3 本论文主要内容及章节安排
第2章 超声全聚焦算法的原理
    2.1 超声相控阵技术
        2.1.1 改变声束角度
        2.1.2 改变声束位移
        2.1.3 改变聚焦距离
    2.2 全聚焦算法的基本原理
    2.3 基于索引的全聚焦算法
    2.4 本章小结
第3章 超声全聚焦系统总体方案设计
    3.1 系统需求分析
        3.1.1 系统功能需求
        3.1.2 系统数据存储需求
        3.1.3 系统接口和性能需求
    3.2 系统总体设计架构
    3.3 系统总体设计方案
    3.4 本章小结
第4章 超声全聚焦系统的硬件设计
    4.1 硬件电路设计方案
    4.2 超声全聚焦系统硬件电路设计
        4.2.1 存储电路设计
        4.2.2 显示电路接口设计
        4.2.3 控制接口电路设计
        4.2.4 数据采集模块电路设计
        4.2.5 超声全聚焦系统核心板
    4.3 本章小结
第5章 FPGA核心IP设计
    5.1 高速数据采集
        5.1.1 ADC芯片工作原理
        5.1.2 串行配置方法
        5.1.3 测试分析
    5.2 高速数据传输
        5.2.1 AXI协议
        5.2.2 PCIE XDMA的设计
        5.2.3 FPGA与DDR数据通信
    5.3 高速数据处理
        5.3.1 数据累加缓存模块
        5.3.2 正交相位检波
    5.4 本章小结
第6章 系统实验测试
    6.1 超声全聚焦系统硬件集成电路
    6.2 接口测试
    6.3 系统功能测试
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 工作展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3656189