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通用多功能水声信号处理系统及其应用

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西北工业大学学位论文知识产权声明书及西北工业大学学位论文原创性声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2信号处理技术综述

1.2.1数字信号处理器(DSP)发展概述

1.2.2微机总线技术发展概述

1.3多功能水声信号处理系统主要功能及技术指标

1.3.1主要功能

1.3.2技术指标

1.4本论文主要研究工作

第二章系统方案设计

2.1声学基阵

2.2收发转换

2.3模拟信号预处理机

2.4数据采集与处理系统

2.4.1数据采集与处理系统功能

2.4.2数据采集与处理系统工作流程

2.5功率放大器

2.6本章小结

第三章阻抗匹配及功率放大器设计

3.1声学基阵设计

3.2负载阻抗复角与功放管耗散功率及电源供电效率的关系

3.3宽带阻抗匹配

3.3.1串联谐振匹配

3.3.2并联谐振匹配

3.3.3串并联复合式宽带阻抗匹配网络

3.4变压器及功率放大器设计

3.5本章小结

第四章模拟信号预处理机设计

4.1预处理机动态增益控制设计

4.2预处理机放大器设计

4.3预处理机滤波器设计

4.4预处理机电源模块设计

4.5预处理机组成及处理流程框图

4.6本章小结

第五章数据采集与处理系统设计

5.1 PCI接口设计

5.1.1 PCI总线的特点

5.1.2 PCI总线开发方式

5.1.3 PCI9054简介

5.1.4 PCI9054性能描述

5.1.5 PCI9054接口设计

5.2 DSP模块设计

5.2.1 5409A简介

5.2.2 5409A引脚设置

5.2.3 JTAG设计

5.2.4复位电路设计

5.2.5串口设计

5.2.6外部存储器设计

5.2.7 A/D和D/A接口设计

5.2.8电源设计

5.2.9 D/A转换频率设计

5.3逻辑电路设计

5.3.1芯片功能简介

5.3.2硬件接口设计

5.4本章小结

第六章系统软件设计

6.1 DSP信号处理程序设计

6.1.1 DSP软件开发平台CCS 2.20(‘C5000)特点

6.1.2中断服务程序

6.1.3数字滤波

6.1.4信号有效性检测

6.1.5自动增益控制

6.1.6 D/A数据格式调整

6.1.7程序加载

6.1.8波形存储

6.1.9波形识别

6.2 PCI卡驱动程序开发

6.2.1 WDM驱动程序工作原理

6.2.2驱动程序设计

6.3逻辑信号设计

6.3.1 Quartus Ⅱ开发系统特点

6.3.2设计输入方法

6.3.3逻辑时序信号设计

6.4 DSP串口配置程序设计

6.4.1初始化

6.4.2数据收发

6.5系统监控软件设计

6.5.1 LabWindows/CVI特点

6.5.2创建LabWindows/CVI工程文件

6.5.3 DSP与PC机通信

6.6回波模拟

6.6.1目标参数模拟

6.6.2回放频率设置

6.7本章小结

第七章系统应用验证

7.1宽频带目标模拟器

7.1.1试验介绍

7.1.2试验结果与分析

7.1.3试验小结

7.2水声测量

7.2.1仿真结果分析

7.2.2仿真小结

7.3本章小结

第八章系统改进方案设计

8.1 ADSP_TS201S设计

8.1.1 ADSP_TS201S介绍

8.1.2系统设计

8.2 MAX3491

8.2.1 MAX3491简介

8.2.2系统设计

8.3 EPM7256AETI144

8.4 CF卡

8.5两者方案性能比较总结

第九章全文总结

9.1本论文主要完成工作

9.2有待于进一步研究和完善的问题

参考文献

作者攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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摘要

研制宽频带水下目标模拟器对于开展水下对抗技术的研究和验证水下声系统的性能具有十分重要的意义。以此为出发点,研制了通用多功能水声信号处理系统,不仅实现了此功能,还可用于水声测量中的频谱分析、数据记录或用作信号源。针对系统的宽带阻抗匹配及功率放大器设计、模拟信号预处理机设计、数据采集与处理模块设计以及系统软件设计等内容作了较为全面的研究,其主要内容包括: (1)设计了水声信号处理系统方案,分析了各组成部分的结构与功能,对实现宽带目标模拟器回波模拟有关的关键问题,如宽频带声学基阵的布阵、宽带基阵的阻抗匹配、大动态范围的模拟信号预处理机设计、目标回波的工程模拟方法实现等内容进行了详细地讨论与实现。 (2)完成了以TMS320VC5409A和PCI9054为核心构建的水声信号处理系统的硬件设计,主要包括DSP和PCI总线的接口设计和逻辑电路设计等方面,并在此基础上进行系统软件设计,利用CCS 2.2、Quartus Ⅱ 4.1、Visual C++6.0以及LabWindows/CVI 7.1等开发环境,编写了DSP信号处理程序、逻辑时序信号程序、PCI卡的WDM设备驱动程序以及系统监控程序。 (3)试验验证,系统应用于宽频带水下声系统的目标模拟器,成功完成了水池试验和湖上试验,事实证明该系统达到了工程设计的技术指标要求。 (4)提出了基于ADSP TS201S的系统改进方案,进行了硬件设计与调试,并对两种系统进行了性能比较。 综上,此文对以TMS320VC5409A和PCI9054构成的水声信号处理系统进行了方案设计与研制开发,对软、硬件各模块进行了调试。从系统性能测试结果可以看出,该系统满足工程要求,有广泛的应用价值。

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