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图像声纳数据采集系统的设计与实现

作　者: 安宁
导　师: 卢逢春
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 图像声纳模拟接收数据采集 FPGA 信号完整性
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 187次
引　用: 2次
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内容摘要

高分辨率声纳成像技术,对于海底地形地貌、堤坝、船体、水下建筑物等水下物体的表面探测等具有重要意义,在水下定位、水下拍摄等领域有广阔的应用前景。本文主要研究图像声纳的模拟信号预处理和数据采集技术,并进行软硬件设计和功能实现。论文中接收电路采用模块化结构,完成对接收换能器输出信号的放大、滤波、增益切换等调理工作。采用有效的调试手段和方式,保证了160路预处理通道的幅度和相位一致性。数字采集控制使用FPGA作为核心处理芯片,完成ADC转换电路、CF卡存储电路和LVDS传输电路等设计工作,使用VHDL语言进行了各部分功能模块软件程序的编译实现,完成采集系统与主控单元的通信,实现了增益和采样率调整等命令的交互。另外,结合信号完整性的理论分析,针对模数混合电路的特殊结构,设计中采取屏蔽、隔离、合理的接地和电源滤波等措施,有效地减小了噪声、串扰、辐射、阻抗失配等问题,提高了硬件电路的性能。实验表明设计实现的硬件电路及软件程序运行情况良好,实现了预定的功能需求。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-14
  1.1 论文研究背景和意义  9
  1.2 国内外图像声纳发展现状  9-11
  1.3 数据采集技术介绍  11-13
  1.4 论文的主要工作  13-14
第2章数据采集电路设计  14-34
  2.1 引言  14
  2.2 系统参数的确定  14-17
    2.2.1 采样率的确定  14-16
    2.2.2 采集电路主要技术指标  16-17
  2.3 模拟信号调理电路  17-22
    2.3.1 运放器件的选取  17-18
    2.3.2 双调谐滤波电路  18-21
    2.3.3 其它功能电路  21-22
  2.4 数字采集控制电路  22-33
    2.4.1 AD转换电路  23-25
    2.4.2 FPGA控制电路  25-27
    2.4.3 CF卡数据存储电路设计  27-30
    2.4.4 LVDS数据传输设计  30-31
    2.4.5 数字电源电路设计  31-33
  2.5 调试用平台电路  33
  2.6 本章小结  33-34
第3章数据采集系统软件设计  34-46
  3.1 引言  34
  3.2 FPGA程序设计思想  34-35
  3.3 数据采集ADC程序设计  35-37
  3.4 数据传输程序设计  37-40
    3.4.1 FPGA的乒乓缓存  37-38
    3.4.2 LVDS的传输控制  38-40
  3.5 数据存储程序设计  40-45
    3.5.1 CF卡存储与寄存器模型  40-41
    3.5.2 CF卡软件读写流程  41-45
  3.6 主机命令程序设计和时钟管理  45
  3.7 本章小结  45-46
第4章系统电路性能的优化设计  46-56
  4.1 引言  46
  4.2 信号完整性概念  46-47
  4.3 本系统提高电路性能的措施  47-55
    4.3.1 串扰解决方案  47-49
    4.3.2 反射解决方案  49-50
    4.3.3 电源应用与滤波方案  50-52
    4.3.4 地线的设计  52-53
    4.3.5 屏蔽措施  53-54
    4.3.6 LVDS布线方案  54-55
    4.3.7 一致性的保证  55
  4.4 本章小结  55-56
第5章系统调试结果与分析  56-62
  5.1 引言  56
  5.2 接收电路调试结果  56-57
  5.3 数据采集调试结果  57-59
  5.4 实验总结和改进方案  59-62
结论  62-63
参考文献  63-66
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  66-67
致谢  67-68
附录  68-69

图像声纳数据采集系统的设计与实现

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