论文题目: 基于软件无线电的数字ADCP信号处理系统的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 朱昊
导师: 刘文耀
关键词: 声学多普勒流速剖面仪,软件无线电,算法,编码脉冲对算法,面向对象
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 本课题是国家863项目海洋监测技术主题“小型多参数海洋环境监测浮标”的子课题。本文的主要任务是研制基于软件无线电思想的数字ADCP(声学多普勒流速剖面仪)信号处理平台,该平台是整个ADCP系统的灵魂。目前,ADCP向着多功能、低功耗、小型化、低价格的方向发展,这对信号处理系统提出了宽适应能力的要求。课题采取全数字化解决方案,把软件无线电概念引入到ADCP中,提出了数字ADCP的概念,旨在提高系统的灵活性和可调整性。数字ADCP将使我国在该项技术上有一个新的突破,为我国的海流测验、泥沙测量、冰层测厚等各种技术打下良好的基础,它的产品化将打破国外产品垄断的局面,极大地降低我国水流测验技术的成本。本文的创新性工作概括如下几个方面:1.将软件无线电的思想引入到ADCP信号处理平台的构建中,实现了全数字化的解决方案。该设计方案解决了传统的模拟设计方法中各通道幅值不匹配的难题,提高了后续电路的处理速度和处理方法的灵活性。2.系统应用了DDS技术,使得初期设定的通过DSP复选,CPLD控制来实现不同形式的波形得到了实现,使得该处理平台具有极强的多功能性。应用ASIC技术,对ADCP信号处理平台的硬件程序架构进行了设计,实现了复杂的逻辑控制,IO、数据、程序空间分配,硬件看门狗,串转并以及伪随机序列的生成。3.提出了一种新颖的ELMS算法,并在DSP系统中得到了实现。该算法与经典编码脉冲对算法同时集成在硬件系统中,根据不同的情况,选择不同的算法,很大程度上提高了系统的适应能力。根据面向对象的思想,采取命令循环的运行机制,对DSP程序系统进行了整体设计。该程序的建立使得ADCP使用者只需关心外部的接口,不必理会内部具体细节,就可以使整个系统根据不同需要完成不同的功能,充分体现了系统多参数的优点。4.系统在经过板级测试、水槽实验、海洋比测以及标定后,已经形成样机,工作良好,稳定。
论文目录:
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 ADCP 系统的作用和意义
1.2 ADCP 系统的发展历程
1.2.1 ADCP 的历史源泉
1.2.2 国外研究情况
1.2.3 国内研究情况
1.3 ADCP 系统的分类
1.3.1 座低安装 ADCP
1.3.2 悬浮式 ADCP
1.3.3 舰载 ADCP
1.3.4 拖曳安装 ADCP
1.3.5 横向安装的 ADCP
1.4 课题的意义
1.5 论文的主要工作
1.5.1 嵌入式的设计方法
1.5.2 基于软件无线电思想的设计理论
1.5.3 系统的理论和算法研究
1.5.4 底层软件的架构和系统软件的开发
1.5.5 板级测试以及整机海洋实验
1.6 论文主要创新点
第二章 ADCP 测量原理及其坐标变换
2.1 ADCP 测量基础原理―――多普勒效应
2.2 ADCP 的波束形态及其剖面测量原理
2.2.1 ADCP 的结构形态
2.2.2 分层原理
2.2.3 波束倾斜角度和水层之间的关系
2.3 底跟踪测量
2.4 ADCP 剖面测流的局限
2.4.1 旁瓣干扰
2.4.2 盲区距离
2.5 ADCP 坐标变换
2.5.1 波束坐标到仪器坐标的坐标变换
2.5.2 仪器坐标与大地坐标的变换关系
2.5.3 坐标变换中的误差分析
2.6 本章小结
第三章 ADCP 信号选择及其算法研究
3.1 ADCP 信号发射形式
3.1.1 方波包络单频信号
3.1.2 矩形包络线性调频信号
3.1.3 编码调相信号
3.2 频率估计算法研究
3.2.1 复自相关算法的可行性研究
3.2.2 复自相关算法进行谱估计
3.2.3 复自相关算法在DSP 中的实现
3.2.4 复自相关算法结果分析
3.2.5 ELMS算法的推导
3.2.6 ELMS算法的结果分析
3.3 本章小结
第四章 基于软件无线电的系统平台设计
4.1 基于软件无线电的总体功能模块划分
4.2 基于软件无线电的数据采集模块设计
4.2.1 信号采样理论
4.2.2 数据的多速率处理
4.2.3 数据采集模块的 A/D 设计
4.2.4 数据采集模块的PDC 设计
4.2.5 基于软件无线电的数字下变频技术
4.3 基于软件无线电的中央处理模块设计
4.3.1 高速数字信号处理器
4.3.2 DSP 外部存储器
4.3.3 DSP 前端缓冲器
4.3.4 DSP 与MPU 的数据缓冲器
4.3.5 DSP 外围逻辑控制器
4.4 基于软件无线电的发射模块设计
4.4.1 DDS 技术的基本工作原理
4.4.2 噪声分析
4.4.3 去噪实现
4.4.4 基于DDS 技术的AD9854 的主要工作模式
4.5 基于软件无线电的反馈模块设计
4.6 本章小结
第五章 数字 ADCP 系统软件设计及其系统仿真
5.1 DSP 系统的软件程序设计及其仿真
5.1.1 C5000 Code Composer Studio 软件简介
5.1.2 系统程序的主体框架设计
5.1.3 基于面向对象的结构程序设计
5.1.4 系统平台通用性
5.1.5 基于DSP的Flash程序设计
5.1.6 DSP 的自举引导模式
5.2 CPLD 固件程序设计及其仿真实验
5.2.1 串口转并口的实现
5.2.2 伪随机序列的硬件生成
5.2.3 CPLD 完成DSP 的空间分配
5.2.4 定时复位器的设计
5.2.5 CPLD 的其他逻辑信号控制
5.3 本章小结
第六章 硬件调试及其海洋实验结果
6.1 中央处理核心调试结果
6.1.1 DSP 硬件测试结果
6.1.2 接收数据端的调试
6.1.3 发射数据端的调试
6.2 整机实验结果
6.2.1 国家海洋技术中心水槽实验
6.2.2 塘沽渤海湾水上实验
6.2.3 无锡标定实验
6.3 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 全文的工作总结
7.2 前景展望
参考文献
攻读博士期间发表的论文
攻读博士期间参加的科研项目
致谢
发布时间: 2007-07-10
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