图像声纳数字系统软件开发与硬件设计

论文摘要

高分辨图像声纳对于水下目标可视化具有不可替代的作用,在诸多领域有着广泛的应用前景,日益受到人们的重视。本文就是以高分辨率图像声纳的研制为背景,研究了图像声纳数字系统的软件开发与硬件设计。由于高分辨率图像声纳的基元数多、采样频率高、数据量大,数据实时采集、传输、存储和实时成像的难度大,必须开发一套数据高速实时传输系统,设计一套快速实时成像算法。本文首先开发了图像声纳数据高速采集、传输系统软件,实现了32路基元数据的实时高速采集、传输、存储和160路基元数据的非实时采集、传输、存储;设计了图像声纳控制系统软件,实现了上位机对发射机和接收机的控制。然后研究并系统仿真了图像声纳成像算法,论证了正交变换时低通滤波器阶数对成像性能的影响以及快速扇形变换不同插值算法对成像效果的影响;依据仿真论证结果,在FPGA上实现了带通滤波和正交解调,在DSP上实现了扇形变换。最后,依据新型图像声纳总体设计方案的技术指标要求,完成了新型图像声纳数字处理平台的论证和设计。系统联调和水池试验结果证明本论文中的设计满足技术指标要求,实现了预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的背景和意义
• 1.2 图像声纳技术概述
• 1.3 FPGA在水声信号处理领域的应用
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 数据采集传输与控制系统软件设计
• 2.1 引言
• 2.2 图像声纳数据采集系统软件设计
• 2.2.1 数据采集系统硬件平台介绍
• 2.2.2 数据采集系统软件设计
• 2.3 图像声纳数据传输系统软件设计
• 2.3.1 数据传输系统硬件平台介绍
• 2.3.2 32路基元数据传输系统软件设计
• 2.3.3 160路基元数据传输系统软件设计
• 2.4 图像声纳控制系统软件设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 成像算法的仿真研究与部分实现
• 3.1 引言
• 3.2 图像声纳成像算法的仿真研究
• 3.2.1 成像算法理论基础
• 3.2.2 正交变换低通滤波器阶数对成像性能影响的仿真
• 3.2.3 扇形变换不同插值算法对成像性能影响的仿真
• 3.3 图像声纳成像算法的部分实现
• 3.3.1 带通滤波与正交变换的FPGA 实现
• 3.3.2 快速扇形变换的DSP实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 新型图像声纳数字处理系统硬件设计
• 4.1 引言
• 4.2 数字芯片的选型与设计
• 4.2.1 FPGA的选型与设计
• 4.2.2 DSP的选型与设计
• 4.2.3 网络接口芯片的选型与设计
• 4.3 功耗的评估与电源板的设计
• 4.3.1 功耗的评估与电源芯片的选型
• 4.3.2 电源板的设计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢