基于声源定位技术的靶标测量信号处理软硬件设计

摘要

随着声源定位理论的日益发展，利用声源定位技术可以实现对声音目标的准确定位，声源定位在军事领域的应用也越来越广泛。本文研究基于声源定位技术的飞机航炮脱靶测量系统的信号处理硬件和软件设计。基于超大规模集成电路和嵌入式技术，提出靶标测量信号处理系统的硬件架构；设计了信号处理硬件电路，其中包括电源模块、时钟模块、复位模块、ADC模块、FPGA模块、SDRAM模块、ARM模块以及NRF24L01模块；基于广义互相关时间延迟声源定位算法，提出靶标测量信号处理系统的软件架构；设计了信号处理嵌入式软件，其中包括时钟管理、数据缓存、数据存储、数据预处理、数据传输、信号处理以及无线发送等嵌入式软件模块。
　　本研究以FPGA为核心实现对ADC转换所得声源信号的数据存储、数据预处理功能，ADC转换精度为12bit，时钟频率为20MHZ，选用SDRAM存储声源信号以存储更多的声源数据并节省FPGA内部资源。以ARM为核心实现信号处理、无线发送功能，基于广义互相关时间延迟声源定位算法计算声源信号间的时间延迟，选用NRF24L01无线收发芯片传输时间延迟至上位机。在硬件设计上，选用AD9226型ADC芯片、EP4CE30F23C8型FPGA芯片、MT48LC16M16A2型SDRAM芯片、STM32F767IGT6型 ARM芯片、NRF24L01型无线收发芯片。在软件实现上，在FPGA内部实现时钟管理、数据缓存、数据存储、数据预处理功能，使用ARM实现数据传输、信号处理、无线发送功能。阐述了靶标测量信号处理系统的硬件架构，详细论述了硬件架构中各个硬件模块的芯片选型以及各个模块的硬件电路设计；然后介绍了靶标测量信号处理系统的软件架构，详细论述了靶标测量信号处理系统软件架构中各个嵌入式软件模块的具体实现方法；最后对数据缓存模块，数据存储模块、数据传输模块的功能进行了测试，测试结果表明当ADC采样速率为20MHZ时可正确实现数据的缓存、存储以及传输，从而达到高速采样、高速的数据存储以及传输的设计要求。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.3本文主要研究工作

第二章 靶标测量信号处理系统硬件设计

2.1引言

2.2靶标测量信号处理系统的硬件架构

2.3电源电路设计

2.4时钟电路设计

2.5复位电路设计

2.6 ADC模块

2.7 FPGA模块

2.8 SDRAM模块

2.9 ARM模块

2.10 NRF24L01模块

第三章 靶标测量信号处理系统软件设计

3.1引言

3.2靶标测量信号处理系统的软件架构

3.3时钟管理

3.4数据缓存

3.5数据存储

3.6数据预处理

3.7数据传输

3.8信号处理

3.9无线发送

第四章 靶标测量信号处理系统各模块功能测试

4.1数据缓存模块功能测试

4.2数据存储模块功能测试

4.3数据传输模块功能测试

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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