基于双核处理器的流速剖面数据处理系统的研究

摘要

声学多普勒流速剖面仪ADCP(Acoustic Doppler Current Profilers)利用声波的多普勒效应，通过高效、可靠的信号处理方法来测量各水层的水流速度。与传统的流速测量方法相比，ADCP具有费用低，安装简便，对流体而言无附加阻力、不会改变其流动状态等优点，是一种非常实用的节能型测流系统。现今科学技术迅猛发展，ADCP系统的研究对于提高流量自动化测量技术和海洋环保事业来说，都将是一项极有意义的研究课题。论文的主要研究工作如下:
　　1.在借鉴和吸取国内外先进的超声波流量检测技术的基础上，本文详细介绍了ADCP系统的基本工作原理和信号处理流程，完成了信号硬件处理板的设计和制作以及部分软件程序设计，并对核心算法性能进行了仿真验证。
　　2.系统硬件部分主要由声波脉冲信号的产生、回波信号接收、放大滤波、数据采集存储和双核处理器等模块组成，实现了四通道、每通道最高200KHz的A/D数据实时采集与处理。本文选用双核处理器OMAP-L138和FPGA芯片EP3C16Q240作为核心处理器，OMAP-L138双核处理器通过EMIFA总线与FPGA进行连接，读取FIFO中缓存数据并进行运算处理。同时，OMAP-L138的串口、网口及PWM接口引出供用户使用。
　　3.系统软件部分主要描述了DSP端的数据采集程序和信号处理程序流程，并结合水声传播特点建立ADCP系统的仿真模型，对三种核心测频算法的性能进行了仿真实验。
　　由于试验条件的限制，系统具体的精度指标还无法测出，最后论文给出了系统的改进意见。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及其意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 测流方式分类

1．2．2 换能器阵形式分类

1．3 本文主要工作

第二章 测流原理

2．1 声呐方程

2．2 多普勒测流原理

2．3 水深分层的思想

2．4 测流方式

2．4．1 窄带非相干测流方式

2．4．2 宽带测流方式

2．5 本章小结

第三章 ADCP算法及性能仿真

3．1 正交变换

3．2 信号降采样

3．3 数字滤波算法

3．4 窄带非相干测频算法

3．4．1 快速傅立叶变换算法

3．4．2 过零点测频法

3．5 宽带信号测频算法

3．6 测频性能仿真

3．6．1 窄带非相干测频方式仿真

3．6．2 宽带测频方式仿真

3．7 本章小结

第四章 硬件体系架构

4．1 硬件系统总体架构

4．2 相移束控技术

4．3 声波发射模块设计

4．3．1 相控发射原理

4．3．2 实现结果

4．4 相控接收模块

4．4．1 波束形成电路

4．4．2 相控接收原理

4．4．3 波束形成原理

4．5 放大滤波模块

4．6 A／D转换模块

4．7 信号核心处理模块

4．7．1 FPGA模块

4．7．2 OMAP-L138处理器

4．8 本章小结

第五章 软件系统设计

5．1 软件总体系统架构

5．1．1 发射信号形式

5．1．2 回波信号的处理流程

5．2 软件开发环境搭建

5．3 软件程序设计

5．3．1 系统任务

5．3．2 DSP处理部分软件实现

5．3．3 ARM信号处理任务

5．4 本章小结

第六章 结论

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献