双频数字测深仪信号处理软硬件设计与实现

论文摘要

双频数字测深仪是一种单波束海底地形测量设备。虽然功能单一,但性能适中、价格低廉、使用方便,每年的销售量很大,适合广大中小用户。论文的主要研究任务是设计双频数字测深仪信号处理系统,包括硬件和软件。在分析测深仪工作原理的基础上,设计了数字信号处理电路板的具体电路,进行了调试并基于硬件系统编写了数字信号处理(简称DSP)软件。最后进行了系统联调和实验,并对实验结果进行了分析。论文设计实现了信号处理板的电路,确定了测深仪DSP软件的具体实现方案。编制了DSP的信号处理软件和复杂可编程逻辑器件(简称CPLD)的控制软件。系统设有多种信号形式,包括不同脉宽的CW脉冲、线性调频(LFM)信号和跳频信号等;测深算法具有可选择的前沿法和能量中心法;在讨论了几种信号处理方法的基础上,采用了相关和FIR滤波实现了对回波信号的处理;针对DSP与主机的数据交互,应用了乒乓读写的设计思想,提高了帧率;为了使量程切换稳定可靠,在切换时增加了可变的保护深度;对于不同脉宽的CW脉冲,设计了相应的带通FIR滤波器;对于不同的量程,确定了相应的盲区和发射功率。信号处理软件采用C和汇编语言混合编程实现。结果表明,所设计的硬件系统稳定,软件运行正常,实现了测深功能。本文的工作为双频数字测深仪系统进一步的完善打下了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 测深仪概述
• 1.2 国内外测深技术的发展与展望
• 1.3 测深仪的研究意义和课题背景
• 1.4 回波测深原理
• 1.5 双频数字测深系统简介
• 1.5.1 设计要求
• 1.5.2 技术指标
• 1.5.3 总体方案设计
• 1.6 论文主要工作及内容
• 第2章 测深仪信号处理方案
• 2.1 数字信号带通采样技术
• 2.1.1 采样方式的选取
• 2.1.2 带通采样技术
• 2.2 信号的形式与参数选取
• 2.2.1 几种信号形式
• 2.2.2 信号的参数选取
• 2.2.3 跳频信号的非相干处理
• 2.3 数字滤波器的设计
• 2.3.1 带通 FIR滤波器
• 2.3.2 包络检波和滑动平均处理
• 2.4 回波到达时间测量方法
• 2.4.1 前沿法
• 2.4.2 能量中心收敛法
• 2.5 本章小结
• 第3章 硬件系统设计
• 3.1 系统结构
• 3.2 TMS320C5509A数字信号处理器
• 3.3 CPLD可编程逻辑器件
• 3.4 硬件接口设计
• 3.4.1 PCI总线技术简介
• 3.4.2 PCI9054接口芯片
• 3.4.3 静态双口RAM器件
• 3.4.4 乒乓读写的原理及其实现
• 3.5 D/A接口及发射信号的产生
• 3.6 A/D接口及数据采集
• 3.7 BOOTLOADER设计
• 3.8 本章小结
• 第4章 软件设计
• 4.1 系统的软件构成
• 4.2 DSP软件开发工具概述
• 4.3 DSP软件的设计
• 4.3.1 软件的设计原则
• 4.3.2 软件流程
• 4.3.3 RAM共享区工作参数表
• 4.4 一些关键算法的编程实现
• 4.4.1 系数对称FIR滤波
• 4.4.2 LFM信号的拷贝相关处理
• 4.4.3 回波信号中心的确定
• 4.5 本章小结
• 第5章 实验结果与分析
• 5.1 软硬件集成
• 5.1.1 系统控制逻辑的实现
• 5.1.2 系统的联调
• 5.2 实验结果及分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录