基于软件无线电的新型MRI射频信号收发器研究

摘要

射频(RF)信号收发器是MRI谱仪的重要组成部分，它负责MR信号的接收和RF脉冲的调制发射。本论文旨在研究全数字高性能MRI射频收发器的原理、算法和硬件实现。 首先，本文从信号处理的角度系统的描述了MRI射频信号收发器的原理和算法。提出全数字正交解调和多级滤波抽取算法相结合用于高精度MR信号接收。通过分析对比各种脉冲波形设计和幅度调制方法，提出了Gaussian-Sinc脉冲和SLR算法结合解决脉冲波形设计问题。在分析双边带和单边带调制的性能后，采用移相法实现RF脉冲的单边带幅度调制，并给出了具体的实现算法和仿真。 其次，基于软件无线电提出了一个全数字新型MRI射频收发器硬件设计方案。这个新方案以高速AD、DA转换器为基础，采用DSP/FPGA器件作为系统核心，因而可以获得高精度和极大的灵活性。通过对系统的要求和难点的详细分析，给出了详细的硬件系统模块图。 最后，利用TMS320C6713DSK为硬件平台，对系统中的DSP模块进行了模拟和仿真。采用C语言和汇编程序混合编程完成了多级滤波抽取算法的实现和优化，在整个处理过程中采用单精度浮点数据格式，提高了处理精度。C6713DSK板上的仿真结果验证了DSP模块中算法的正确性和实时性。

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1 MRI谱仪概述

1.1.1 MRI系统结构

1.1.2 MRI谱仪结构

1.2 MRI谱仪研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3课题研究的对象和意义

1.3.1课题对象

1.3.2课题意义

第二章MR信号接收原理与算法设计

2.1 MR信号接收原理

2.1.1 MR信号产生原理

2.1.2 MR信号特点及分析

2.1.3 MR信号正交检测及成像

2.2 MR信号接收算法设计

2.2.1全数字接收

2.2.2混频算法

2.2.3滤波抽取算法

2.2.4级联积分梳状滤波器设计

2.2.5半带滤波器设计

第三章RF脉冲产生原理与算法设计

3.1 RF脉冲选择性激励原理

3.2基于傅里叶变换的脉冲设计原理

3.2.1傅里叶变换设计原理

3.2.2常用脉冲设计方法

3.3基于SLR变换的脉冲设计原理

3.3.1 SLR变换原理

3.3.2 SLR变换实现

3.4 RF脉冲波形设计与仿真

3.4.1小翻转角脉冲波形设计仿真

3.4.2自旋回波RF脉冲设计仿真

3.4.3反转恢复脉冲设计仿真

3.5 RF脉冲调制算法

3.5.1双边带调制算法与仿真

3.5.2单边带调制算法与仿真

3.5.3脉冲波形的上变频算法

第四章MRI射频收发器硬件平台研究

4.1 MRI射频信号收发器主要指标

4.1.1 MR信号接收指标

4.1.2 RF脉冲信号发射指标

4.2基于软件无线电的MRI射频收发器

4.2.1专用DSP的不足

4.2.2软件无线电的优点

4.2.3基于软件无线电设计的考虑

第五章FPGA/DSP的系统设计与仿真

5.1系统硬件模块设计

5.2算法的分配

5.2 DSP模块的软件仿真

5.2.1仿真平台及方法

5.2.2多级滤波器设计

5.2.3滤波抽取的高效实现

5.2.4软件流水和并行优化

5.2.5硬件仿真结果

第六章总结和展望

6.1本课题承担的主要工作

6.2本课题研究的创新之处

6.3问题与展望

6.3.1存在问题与后续工作

6.3.2未来发展趋势与展望

参考文献

发表的文章

致谢

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