水下动态参数数据采集及数据压缩技术研究

摘要

为了满足某些测试试验的设计要求，需要将一些重要的高速信号进行完整地记录，并且事后进行数据传输和重放，本文研制的正是这样一款基于水下动态参数测试的高速采集记录传输系统。 本文中主要研究内容为两个方面： 一是通过水下爆炸的过程分析，结合实际测试特性，以及测试环境要求和硬件电路的设计与实现等诸多方面考虑，确定了适合的采样频率、采样策略和测试方法，提出了水下动态参数测试系统设计的总体方案和系统组成，并分析了系统组建的合理性，设计并研制了基于CPLD控制的硬件采集电路，该采集系统与以往同等水中爆炸测试仪器相比，采样频率高，测试数据量大，精度高的优点。但同时由于测试数据量的增加，加重了数据存储与数据传输的负担，从一方面上降低了整体系统的存储和通信效率。而这一矛盾问题的解决成为了本论文的核心内容，即针对该系统测试数据传输过程中对于速度以及存储容量的特殊限制，提出了通过数据无损压缩实现数据传输的相对加速，以及数据容量的缩减，从而达到系统减负提升传输效率和节省存储成本的目的。 最终本文以数据压缩理论为基础，结合测试系统要求以及硬件电路的实现难易程度以及测试数据不同的算法压缩后的性能比较等多方面考虑，得出了适合硬件数据实时压缩的--LZW字典压缩。并且针对数据压缩的特点讨论了数据无损压缩的应用性和可行性。设计完成了基于FPGA的硬件实时无损压缩电路，通过对验证数据的测试，实时压缩速率可达到了4Mbyte/s，满足了一般测试系统的要求，其中对于实测数据压缩率最高可达26.7％，传输速度提速为原速的约4倍，测试时间节省75％。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1 水下动态参数测试研究概述

1.1.1 水下动态参数测试的背景及意义

1.1.2 水下动态参数测试的国内外发展现状

1.1.3 水下动态参数测试的研究内容

1.2 数据压缩加速卡的研究概述

1.2.1 数据压缩加速卡的研究内容

1.2.2 数据压缩加速卡的国内外发展现状

1.2.3 数据压缩加速卡的研究内容

1.3 课题研究内容

2水下动态测试系统

2.1 水下动态测试系统概述

2.1.1 水下爆炸的过程与分析

2.1.2 水下爆炸试验测量方案

2.2 水下动态测试系统的组成

2.2.1 浮标分机

2.2.2 终端分机

2.3 水下动态参数分析

2.4 数据采集方案设计

2.4.1 采样速率的选择

2.4.2 采样方法的选择

2.5 硬件电路实现

2.5.1 ADC芯片选取

2.5.2 基于CPLD的逻辑控制单元

2.6 本章小结

3数据硬件压缩

3.1 数据压缩的理论概述

3.1.1 数据压缩背景简介及相关概念

3.1.2 信息论、信源、信源数学模型

3.1.3 信息熵、冗余度

3.1.4 压缩比、压缩因子、压缩增益

3.1.5 数据压缩的分类及无损压缩的介绍

3.2 数据压缩的硬件实现

3.2.1 概述

3.2.2 数据压缩方法的选取

3.2.3 LZW算法的程序设计

3.2.4 LZW压缩的VHDL语言实现

3.2.5 基于FPGA的硬件压缩电路设计

3.2.6 LZW压缩硬件压缩可适应最大频率分析

3.3 本章小结

4高速电路信号完整性设计与分析

4.1 设计中实际遇到的干扰问题

4.2 信号串扰

4.3 信号反射

4.4 提高电子系统抗干扰性能常用措施

4.4.1 电源分配

4.4.2 信号布线

4.4.3 器件散热

5总结

5.1 工作总结

5.2 不足

参考文献

读硕士学位期间发表的论文及所取得研究成果

致谢