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基于矢量水听器阵的处理技术研究及DSP实现

作　者: 闫雷
导　师: 邱宏安
学　校: 西北工业大学
专　业: 水声工程
关键词: 矢量水听器波束形成阵列信号处理 DSP处理器
分类号: U666.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 251次
引　用: 1次
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内容摘要

矢量水听器(Vector Hydrophone)有不随频率变化的“8”字形或心脏形指向性，可以同时接收声场声压和振速(v_x，v_y，v_z三个分量)信息，这样矢量水听器相对于常规声压传感器在信息量上就增加了4倍，因此由它构成的矢量阵与传统的声压水听器阵相比，相同尺寸的矢量阵可获得更大的空间增益。本文从单个矢量水听器自身的特点出发，探讨单个矢量水听器波束形成的方法，在此基础上，将常规阵的波束形成算法引入矢量水听器阵的波束形成中，初步设计出相应的电路，以满足矢量水听器阵的波束形成的实时实现。论文的主要工作如下： ◆结合目前国内外矢量水听器的发展，对矢量水听器的分类和特点、单个矢量水听器的波束形成和矢量水听器阵列的波束形成进行了介绍，推导出矢量水听器的信号模型，分析其指向性及其旋转特性，并对单个矢量水听器的波束形成及矢量水听器阵列的波束形成进行了分析和相关的仿真。 ◆由于论文的主要出发点是实现，本文根据矢量水听器阵列的特点(数据流量、计算量大、实时性强等)提出多处理器结构。在对TMS320VC54X系列处理器的性能进行分析研究后，确定本系统所采用的DSP处理器，并根据一般的多处理器系统结构来选择一种适合本系统的结构； ◆设计了矢量水听器阵列波束形成的系统框图和硬件实现电路。本系统各个部分按功能分为模块来设计，实现了对6单元(24路)矢量水听器输出信号的调理、采集、单个矢量水听器波束形成以及后端矢量水听器阵列波束形成运算，在核心逻辑单元(由FPGA构成)中设计灵活的数据流通逻辑，使得终端(后续水声处理设备)能够调用前端(矢量水听器阵列单元)的原始数据。在波束形成单元中设计了良好的扩展接口，可与后端方便的实时通信，系统逻辑单元实现了可重新配置(数据流通路径可配置、算法可配置)功能，使得算法更新、结构重配置得以实现，为后续的研究及实现提供了灵活的硬件基础。

全文目录

第一章绪论  8-12
  1.1 引言  8
  1.2 研究的历史和现状  8-9
  1.3 矢量传感器信号处理的发展历史  9-11
  1.4 论文的主要工作和内容安排  11
  1.5 本章小结  11-12
第二章基于矢量水听器的阵列信号处理  12-34
  2.1 矢量水听器的分类和特点  12-14
    2.1.1 压差式矢量水听器  12
    2.1.2 同振式矢量水听器  12-13
    2.1.3 同振式矢量水听器工作原理  13-14
  2.2 单个矢量水听器信号处理  14-21
    2.2.1 矢量水听器的信号模型  16
    2.2.2 单矢量水听器的指向性及其指向性旋转  16-21
  2.3 矢量水听器阵列的波束形成  21-33
    2.3.1 矢量水听器阵列波束形成  21-23
    2.3.2 矢量水听器阵列波束形成的组合方法  23-28
    2.3.3 矢量水听器阵列波束仿真  28-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章 DSP简介及其应用系统的构成  34-47
  3.1 DSP处理器的发展  34-35
  3.2 DSP应用系统的构成和特点  35-36
    3.2.1 DSP应用系统的构成  35-36
    3.2.2 DSP应用系统的特点  36
  3.3 TMS320VC54X系列处理器  36-43
    3.3.1 TMS320VC54X系列处理器简介  37-38
    3.3.2 TMS320VC5416的结构与特点  38-39
    3.3.3 TMS320VC5416最小硬件系统  39-41
    3.3.4 TMS320VC5416硬件系统的其它接口  41-43
  3.4 多处理器系统  43-46
    3.4.1 多处理器系统的结构  44-45
    3.4.2 多处理器系统的配置  45-46
  3.5 本章小结  46-47
第四章矢量水听器阵列波束形成的硬件实现  47-71
  4.1 系统总体设计  47-51
    4.1.1 系统的主要功能及处理框图  47-49
    4.1.2 系统硬件总体框图及电路板的构成  49-51
  4.2 单个DSP配置方案  51-55
    4.2.1 时钟电路  51-52
    4.2.2 电源电路  52-53
    4.2.3 外扩RAM电路  53-55
  4.3 前端信号放大、电平变换模块  55-56
  4.4 信号采集模块  56-60
    4.4.1 AD器件的选择  56-58
    4.4.2 AD与CPLD的接口电路  58-59
    4.4.3 双端口RAM与后端互连电路  59-60
  4.5 阵列波束形成模块  60-64
    4.5.1 总模块框图  60-61
    4.5.2 Acex1K系列FPGA构成的逻辑电路  61-62
    4.5.3 DSP之间的互连与通讯  62-64
  4.6 DSP芯片的初始化  64-65
  4.7 在线BOOT LOADER程序的设计  65-69
  4.8 电路设计中应注意的问题  69-70
  4.9 本章小节  70-71
第五章结束语  71-72
参考文献  72-75
攻读硕士期间发表和录用的文章  75-76
致谢  76-77
西北工业大学学位论文知识产权声明书  77
西北工业大学学位论文原创性声明  77

基于矢量水听器阵的处理技术研究及DSP实现

内容摘要

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