基于DSP和FPGA的数字音响定位系统

发布时间：2017-04-09 17:19

  本文关键词：基于DSP和FPGA的数字音响定位系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着海洋资源开发利用逐步成为国家重点发展领域,近年来水声定位技术在海洋工程中应用也越来越广泛,发展速度越来越快。特别是在马航飞机失事后,水下沉没设备的定位更是受到全世界的关注。水声定位技术可以用于海上黑匣子定位、水下油气管道和电缆铺设定位、沉船打捞定位、潜水员定位等方面。本文对水下音响定位技术进行了研究,设计了一套通用性好、操作简单、便携式的数字音响定位系统。本论文对水下音响定位技术的发展和国内外现状进行了介绍,对水下音响定位发射装置的信号形式进行了分析,提出了一种数字化信号检测方法和流程,给出了数字音响定位系统的工作原理。论文根据系统工作原理提出了数字音响定位系统样机设计与实现方法。首先描述了硬件系统的组成和功能,将音响定位的硬件系统分为信号预处理模块、数据采集模块、数据处理模块、显示控制模块4个部分,并分别对各个模块的功能、设计思路和核心芯片选择等做了详细的说明。其次对系统软件和算法进行了详细设计,提出了系统信号特征提取算法和信号处理流程,并在设计的硬件平台上进行了基于DSP和FPGA的嵌入式软件编程和开发,实现了系统功能。最后在系统样机完成后进行了水池试验,对系统的技术性能进行测试,系统各项指标满足研制要求。
【关键词】：数字音响定位 DSP FPGA
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB565
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-13
• 1.1 研究工作的背景与意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 本文的主要贡献与创新12
• 1.4 本论文的结构安排12-13
• 第二章 音响定位系统原理与总体设计13-22
• 2.1 音响定位系统工作原理13
• 2.2 音响定位系统信号特征提取方法13-15
• 2.2.1 双波束振幅差值法14
• 2.2.2 频域相位估计法14-15
• 2.3 音响定位系统信号检测方法设计15-16
• 2.4 音响定位系统构成16-17
• 2.5 硬件系统模块构成17-19
• 2.5.1 换能器基阵18
• 2.5.2 信号预处理模块18-19
• 2.5.3 数字信号处理模块19
• 2.5.4 供电模块19
• 2.5.5 显示监听模块19
• 2.6 软件系统模块构成19-21
• 2.7 本章小结21-22
• 第三章 音响定位系统硬件设计22-38
• 3.1 换能器基阵设计22
• 3.2 信号预处理模块设计和实现22-28
• 3.2.1 放大电路设计23-24
• 3.2.2 带通滤波电路设计24-25
• 3.2.3 AD采样电路设计25-28
• 3.3 数字信号处理模块设计和实现28-33
• 3.3.1 FPGA电路设计28-30
• 3.3.2 DSP电路设计30-33
• 3.4 其他电路模块设计和实现33-36
• 3.4.1 显示电路设计33-34
• 3.4.2 存储电路设计34-35
• 3.4.3 供电电路设计35-36
• 3.5 硬件系统可靠性和抗干扰性设计36-37
• 3.5.1 硬件系统可靠性设计36
• 3.5.2 硬件系统可靠性设计36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 音响定位系统算法设计38-49
• 4.1 波束形成定向38-42
• 4.1.1 波束形成原理38-42
• 4.1.2 波束形成精确定向方法42
• 4.2 相位差定向42-48
• 4.2.1 互谱定向法43-44
• 4.2.2 自适应迭代算法44-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 音响定位系统软件设计49-75
• 5.1 软件编程环境介绍49-53
• 5.2 FPGA软件设计53-63
• 5.2.1 数据采集模块软件设计53-55
• 5.2.2 FIFO模块软件设计55-57
• 5.2.3 FPGA通讯并口模块软件设计57-60
• 5.2.4 模拟串口模块软件设计60-62
• 5.2.5 显示模块软件设计62-63
• 5.3 DSP软件设计63-74
• 5.3.1 数字滤波器的设计65-67
• 5.3.2 信号有效性判决设计67-70
• 5.3.3 频率、相位估计方法70-74
• 5.4 本章小结74-75
• 第六章 音响定位系统测试及结果分析75-79
• 6.1 基本性能测试75-76
• 6.2 水池测试76-79
• 全文总结79-80
• 致谢80-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间取得的成果85-86

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