多波束探鱼仪信号采集与处理板设计与实现

论文摘要

探鱼仪作为一种助渔设备,能够准确探测到水下鱼群位置、数量和种类,能够对鱼群进行搜索、跟踪、识别、定位和测距,因此提高了渔业生产效率。针对单波束探鱼仪存在探测精度低的问题,本论文讨论了一种新架构下的多波束探鱼仪系统,通过记录多个不同方向波束回波信号的时间强度序列并进行处理,进而得到鱼群和海底的映像图像,从而实现对鱼群的探测和定位,具有探测精度高、探测深度大、覆盖区域大的特点。对多波束探鱼仪系统而言,高效的信号采集与处理的硬件平台和具有旋转定向发射功能的高性能信号源是其硬件系统设计的关键技术。本论文围绕该关键技术研究了以下几个方面内容。首先,讨论了多波束探鱼仪的系统架构,分析了其灵活、方便调试、扩展能力强等特点。其次,实现了以DSP和FPGA为核心的信号采集与处理板的硬件平台设计,其中包括32路A/D采集通道设计,DSP与FPGA之间的硬件通信接口设计以及DSP与PC/104主板的硬件通信接口设计等。然后,实现了以DSP和FPGA为核心的信号采集与处理板软件接口设计,其中包括一种高效且参数可调的软件采集机制设计,DSP与FPGA之问软件通信设计以及DSP与PC/104主板软件通信设计。论文还设计了一种新的DSP程序加载方法。最后,设计了一种高性能信号源。该信号源以DSP和FPGA为核心,具备旋转发射和定向发射两种工作方式且参数可调。其中,DSP主要承担信号源参数的运算任务,并通过与FPGA的硬件接口和软件握手协议将信号源参数传输至FPGA。而FPGA则根据这些参数利用波束形成技术产生信号。经调试,该多波束探鱼仪信号采集与处理板满足了设计要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 探鱼仪发展历史及现状
• 1.3 论文的主要内容
• 第2章 多波束探鱼仪系统架构设计
• 2.1 多波束探鱼仪基本原理
• 2.2 多波束探鱼仪系统设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 硬件设计与实现
• 3.1 硬件设计
• 3.2 A/D采集电路设计
• 3.2.1 A/D芯片选取
• 3.2.2 采集硬件电路设计
• 3.3 PC/104接口电路设计
• 3.3.1 PC/104总线
• 3.3.2 DSP的HPI口
• 3.3.3 PC/104总线与DSP的接口电路设计
• 3.4 DSP与FPGA的通信接口设计
• 3.5 D/A电路设计
• 3.6 外部存储器电路设计
• 3.6.1 RAM的扩展
• 3.6.2 ROM的扩展
• 3.7 FPGA外围电路设计
• 3.8 本章小结
• 第4章 软件接口与程序设计
• 4.1 软件结构
• 4.2 信号采集程序的实现
• 4.2.1 信号采集总体设计
• 4.2.2 DSP控制程序设计
• 4.2.3 DSP与FPGA之间通信的软件设计与实现
• 4.2.4 FPGA实现A/D接口逻辑
• 4.2.5 FPGA中采集模块的综合
• 4.2.6 DSP如何控制FPGA改变采集状态
• 4.3 DSP与PC/104主板的通信
• 4.3.1 DSP的HPI口的初始化
• 4.3.2 FPGA实现PC/104总线接口逻辑
• 4.3.3 与PC/104主板的通信
• 4.4 Bootloader的实现
• 4.4.1 二次加载原理
• 4.4.2 TI提供的二次加载方法
• 4.4.3 论文采用的二次加载方法
• 4.5 本章小结
• 第5章 信号源设计与实现
• 5.1 旋转定向发射原理
• 5.2 信号源设计
• 5.3 系统参数的选取
• 5.3.1 工作频率的选取
• 5.3.2 信号源发射脉宽和扫描间隔的选取
• 5.4 信号源定向发射与旋转发射的实现
• 5.4.1 信号源定向发射方式的实现
• 5.4.2 信号源旋转发射方式的实现
• 5.4.3 信号源两种发射方式的综合
• 5.4.4 DSP与FPGA之间信号源参数传输握手协议设计
• 5.5 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 电路板图片