基于OMAPL138处理器平台的ADGP系统设计

发布时间：2017-09-03 04:41

  本文关键词：基于OMAPL138处理器平台的ADGP系统设计

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【摘要】：ADCP(声学多普勒流速剖面仪)系统的基本原理是测量与发送信号相对应的水流回波中由散射体的相对运动产生的多普勒频率,并对回波进行分层、计算,从而得到剖面流速。本文完成了ADCP技术的理论研究、Matlab仿真、基于OMAPL138处理器的系统平台的搭建、软件的开发、系统样机的调试和初步的水池实验。本论文对ADCP系统所用的基本理论作了详细的研究与分析,包括多普勒测流速的原理,ADCP的波束结构,流速坐标系转换理论等。完成了水流的分层和回波的仿真建模。完成对测流和测深的方法和算法研究、分析与对比,包括窄带测流、相干测流、宽带测流。得出宽带方式通过编码改善了信号相干性,增大时间带宽积,是窄带和相干方法二者的优点的结合的结论。本文提出了相应的宽带测流和测深的方案,对基于相位估计频率的方法作了数学推导与论证,算法的可行性得到了验证。设计了发射编码信号,并有针对地分析了宽带信号的传输特性和分辨率,得出了宽带编码信号良好的时间和频率分辨率和传输特性。完成了宽带测流、测深算法的详细的DSP软件实现,并借助Matlab从多个方面分别对测深和测流作了仿真分析与对比,对它们的测量性能和影响因素进行了验证。在系统设计方面,采用ARM+DSP的OMAPL138双核处理器以满足系统不同的需求。设计了系统的各模块的工作和控制方式,完成了各个模块的硬件的调试以及系统各个部分之间的协同工作调试,完成了整个硬件系统的搭建。完成了基于CCS的OMAPL138处理器的软件开发,并对算法做了优化,使整个系统能够协调高效地运行。对DSP软件模块的性能做了评估,并对主要DSP算法模块的功能进行了验证。对完整系统主要硬件功能做了测试,并对测试结果进行了评估分析,系统的硬件功能和软件功能都得到了正确的验证。并在消声水池做了部分实验,对测深和测流功能做了对比。由于项目周期缘故,尚未对系统的测流功能进行标准的现场对比试验。在论文的最后,把个人对ADCP系统未来的继续研究给出一些自己的想法和建议同大家分享,希望对读者和我们的项目继续研究带来帮助。
【关键词】：ADCP 复相关算法 宽带编码 OMAPL138 系统设计
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH766
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 研究背景9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.2.1 国外研究概况10
• 1.2.2 国内研究情况10-11
• 1.3 嵌入式的运用11-12
• 1.4 论文研究内容及意义12
• 1.5 论文组织结构12-13
• 第二章 测流原理13-29
• 2.1 多普勒测流原理13-15
• 2.1.1 多普勒效应13
• 2.1.2 多普勒测流公式13-15
• 2.2 ADCP的换能器阵型与坐标转换15-17
• 2.2.1 Janus结构15-16
• 2.2.2 ADCP的坐标转换16-17
• 2.3 测流方式17-22
• 2.3.1 窄带测流方式18-19
• 2.3.2 窄带相干方式19-20
• 2.3.3 宽带方式20-22
• 2.4 分层与回波建模22-26
• 2.4.1 流速剖面的分层22-23
• 2.4.2 回波建模23-26
• 2.5 底跟踪测量26-27
• 2.6 ADCP流速测量的局限性27-28
• 2.6.1 盲区27-28
• 2.6.2 旁瓣的影响28
• 2.7 本章小结28-29
• 第三章 ADCP算法研究及误差分析29-57
• 3.1 频率估计的算法—复相关法29-34
• 3.1.1 频率估计算法的总结29
• 3.1.2 复相关算法的原理及统计特性29-33
• 3.1.3 复相关法的可行性论证及DSP实现33-34
• 3.2 宽带ADCP发射信号设计与分析34-42
• 3.2.1 宽带ADCP信号特性分析34-38
• 3.2.2 ADCP信号的设计38-39
• 3.2.3 宽带信号的相位模糊问题及多普勒频率的修正39-42
• 3.3 ADCP的测深原理及DSP实现42-45
• 3.4 流速计算中的误差引入分析45-47
• 3.4.1 流速公式简化带来的误差45-46
• 3.4.2 坐标转换中引入的误差46-47
• 3.4.3 声速转换带来的误差47
• 3.4.4 系统信号处理中其他因素带来的误差47
• 3.5 宽带多普勒测深及测流性能仿真47-55
• 3.5.1 宽带测深仿真48-50
• 3.5.2 宽带测流仿真50-55
• 3.6 本章小结55-57
• 第四章 基于嵌入式的系统平台设计57-79
• 4.1 系统总体方案介绍57-58
• 4.2 核心处理器—OMAPL138平台的介绍58-59
• 4.3 信号发射、接收模块59-67
• 4.3.1 发射信号的产生及原理59-63
• 4.3.2 下变频模块的介绍63-67
• 4.4 数据采集模块67-72
• 4.4.1 采集模块方案的提出67
• 4.4.2 A/D模块与FIFO模块67-72
• 4.5 外设的挂载与管理72-74
• 4.5.1 姿态传感器72-73
• 4.5.2 压力温度传感器73
• 4.5.3 GPS73-74
• 4.6 系统内的通信74-76
• 4.6.1 上位机部分75
• 4.6.2 下位机部分75-76
• 4.7 电源管理模块76-77
• 4.8 总结77-79
• 第五章 系统软件设计79-95
• 5.1. CCS平台开发79-82
• 5.1.1 CCS开发平台79
• 5.1.2. 基于CCS 5.3的OMAPL138双核开发79-82
• 5.2 系统的协同工作与总体流程工作状态82-83
• 5.3 数据采集部分的软件实现83-88
• 5.3.1 FPGA系统软件实现83-84
• 5.3.2 DSP读取FIFO数据的软件设计84-88
• 5.4 通信模块的软件实现88-90
• 5.5 DSP处理部分软件实现90-93
• 5.6 总结93-95
• 第六章 系统测试及水池试验95-109
• 6.1 发射模块测试95-97
• 6.2 接收模块测试97-99
• 6.2.1 回波接收电路97-98
• 6.2.2 混频模块调试98-99
• 6.3 数据采集模块测试99-101
• 6.3.1 信号处理板采集功能测试99
• 6.3.2 专用采集板功能测试99-101
• 6.4 软件功能调试101-105
• 6.4.1 DSP算法性能评估101-102
• 6.4.2 DSP主要功能验证102-105
• 6.5 水池实验105-107
• 6.6 总结107-109
• 第七章 总结与展望109-111
• 7.1 总结109-110
• 7.2 展望110-111
• 致谢111-113
• 参考文献113-115

【参考文献】

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本文编号：782956