基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105572418A(43)申请公布日2016.05.11(21)申请号201610033937.8(22)申请日2016.01.19(71)申请人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市下城区朝晖六区潮王路18号浙江工业大学(72)发明人陈朋金礼聪党源杰徐天宇朱威(74)专利代理机构杭州斯可睿专利事务所有限公司33241代理人王利强(51)Int.Cl.G01P5/24(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理方法及系统(57)摘要一种基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理方法，包括以下步骤：步骤一，系统初始化；步骤二，发射脉冲信号，结束后采集波束输出信号，将数字信号存入DDR2存储器；步骤三，从DDR2存储器中读取波束数字信号数据，做正交基带调制处理、复降采样滤波处理，将结果存入DDR2存储器中；步骤四，从DDR2存储器中读取复降采样滤波之后的数据进行复相关运算；步骤五，低速AD电路采集温度、压力等信号，计算出当前水体中的声速，然后读取复相关处理后的数据计算流速和回波能量；步骤六，将结果数据储存在TF卡中，并发送给上位机处理、显示。以及提供一种基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理系统。本发明结构简单、功耗低、成本低、体积小、实时性良好。CN105572418ACN105572418A权利要求书1/2页1.一种基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：步骤一，系统初始化，上位机设置参数并给出启动信号，系统启动后等待定时器中断，定时时间到进入正式工作流程；步骤二，FPGA给出一定长度的数字脉冲信号，等到信号发射完毕后开启DA控制前端增益，高速AD电路采集4路波束输出信号，将数字信号传入FPGA内部，数字信号缓存入DDR2存储器；步骤三，从DDR2存储器中读取波束数字信号数据，做正交基带调制处理，变为复数形式，再做复降采样滤波处理，将得到的复数结果存入DDR2存储器中；步骤四，从DDR2存储器中读取复降采样滤波之后的数据，计算每一层数据对应的起始点以及层厚对应的点数，对每一层数据做复相关运算；步骤五，低速AD电路采集纵摇、横摇、温度、压力信号，计算出装置的姿态以及当前环境的温度和压力值，进而计算出当前水体中的声速，然后读取复相关处理后的数据计算每一层的流速和回波能量；步骤六，将参数、纵横摇、温度、压力以及每一层的流速和回波能量储存在TF卡中，并通过RS422或RS232发送给上位机显示。2.一种用于实现如权利要求1所述的基于FPGA的声学多普勒剖面仪信号处理方法的系统，其特征在于：所述系统包括数字脉冲信号发射模块、DA输出模块、高速AD采集模块、DDR2存储模块、正交调制模块、滤波降采样模块、复相关计算模块、低速AD采集模块、TF卡控制模块、网口控制模块以及RS422\RS232通讯模块；其中，所述数字脉冲信号发射模块用于输出两路反向编码脉冲信号，供外部电源板使用来驱动声波换能器；所述DA输出模块用于输出两路电压信号，供外部模拟电路板使用来调节输入信号的增益；所述高速AD采集模块用于采集波束输出信号；所述DDR2控制模块用于存储数字信号数据和计算的中间值；所述正交调制模块用于将时域数字信号转换为复数形式；所述滤波降采样模块用于信号滤波降采样处理；所述复相关计算模块用于每一层数据复相关运算处理；所述低速AD采集模块用于采集纵摇、横摇、温度、压力值；所述TF卡控制模块用于存储参数、纵横摇、温度、压力以及每一层的流速和回波能量等结果数据；所述网口控制模块用于将信号数据通过网线上传至上位机；所述RS422\RS232通讯模块用于系统跟上位机进行通讯。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述高速AD采集模块和低速AD采集模块各为4路；所述DA输出模块为2路。4.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述DDR2模块包括AD原始数据缓存区域、滤波数据缓存区域和复相关计算结果缓存区域。5.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述滤波降采样模块包括：低通滤波单2CN105572418A权利要求书2/2页元，用于信号256阶低通滤波处理；降采样单元，将滤波之后的信号数据进行8降1降采样。6.根据权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述复相关计算模块包括：浮点复数相乘单元，用于浮点复数相乘计算；浮点复数累加单元，用于浮点复数累加计算。3CN105572418A说明书1/5页基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理方法及系统技术领域[0001]本发明涉及一种声学测流的信号处理方法和系统，属于声学测流领域和高速数字信号处理领域，尤其涉及一种基