基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103472250A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103472250103472250A(43)申请公布日2013.12.25(21)申请号201310370945.8(22)申请日2013.08.22(71)申请人浙江工业大学地址310014浙江省杭州市下城区潮王路18号(72)发明人陈朋蓝晓柯朱威汝岩金峰俞立(74)专利代理机构杭州天正专利事务所有限公司33201代理人王兵黄美娟(51)Int.Cl.G01P5/24(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书5页说明书5页附图3页附图3页(54)发明名称基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理系统(57)摘要本发明公开了基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理系统，包括：主处理器模块，从处理器模块，回波信号采集模块，通信模块，电源模块，控制信号输出模块，数据存储模块。回波信号采集模块对流速剖面仪反馈的回波信号进行同步采集，将采样后的信号送给主处理器模块。主处理器模块负责信号处理算法的实现，包括复降采样滤波、复相关运算等。另外，还需要对处理后的数据进行存储。处理后的数据存储在数据存储模块中。从处理器模块作为辅助处理单元，对系统功耗和部分数据通信管理。通信模块完成了与外部的数据收发。本发明针对流速剖面仪信号处理单元数据量大，算法复杂的特点，使用FPGA作为主处理器模块的核心数据处理器，从而保证数据处理的实时性和准确性。本发明的优点是扩展性强，功能齐全，符合声学多普勒流速剖面仪数据运算的高要求。CN103472250ACN1034725ACN103472250A权利要求书1/2页1.基于FPGA的声学多普勒流速剖面仪信号处理系统，其特征在于：系统由主处理器模块（110），从处理器模块（120），回波信号采集模块（130），通信模块（140），电源模块（150），控制信号输出模块（160），数据存储模块（170）组成；其中，所述的主处理器模块（110）是系统的核心处理单元，与从处理器模块（120）、回波信号采集信号模块（130）、通信模块（140）、控制信号输出模块（160）相连接，控制以上模块的工作过程；并且，主处理器模块（110）负责信号处理算法的实现；所述的从处理器模块（120）作为辅助处理单元，负责少量数据的处理，通过I2C通信与主处理器模块（110）连接；所述的回波信号采集信号模块（130）含有8路高速高精度的同步采样ADC（Analog-to-DigitalConverter，模/数转换器）通道（131），对流速剖面仪反馈的回波信号进行同步采集，其输出端口与主处理器模块（110）连接；所述的通信模块（140）作为系统与外界的一个通信接口。主处理器模块（110）和从处理器模块（120）都可以通过该模块进行数据收发，该模块包含了RS232协议通信、CAN协议通信、RS422协议通信，其中，RS232协议通信和RS422协议通信通过串口方式与主处理器模块（110）连接；所述的电源模块（150）支持5-12V范围的直流电源输入、输出直流3.3V、1.8V、1.2V和0.9V的电源种类，提供声学多普勒流速剖面仪信号处理系统各个模块工作所需的电源，电源输出与系统所述各个模块连接；所述的控制信号输出模块（160）包含了1路TVG（TimeVariableGain，时变增益）控制通道(161)，2路发射信号（162），1路发射包络信号（163），8路控制开关信号（164），控制信号的输入端口与从处理器模块（120）连接；所述的数据存储模块（170）存储处理后的信号采集数据，掉电后仍可以保存，并可以通过主处理器模块（110）对已经存储在该模块内的数据进行读取。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的主处理器模块（110）与从处理器模块（120）需要协调工作，两个模块主要通过I2C数据协议进行命令发送，在系统上电时，主处理器模块（110）不工作，需要等待从处理器模块（120）使能主处理器模块（110）所需要的电源，并通过I2C数据进行校验通信后，主处理器模块（110）才能工作；主处理器模块（110）工作期间，从处理器模块（120）处在休眠状态，只等待来自主处理器模块（110）的中断唤醒。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的回波信号采集信号模块（130）中8路回波信号的数据传送到主处理器模块（110）主处理器需要对8路波束数字信号，形成8路数字信号如式1所示：x1(i，n)i=1，2，3，4，5，6，7，8(1)其中n为时间采样序列，i为波束号。对8路波束数字信号进行波束形成，形成4路波束x2(i，n)，其中，i=1，2，3，4；具体实现方式为如式2所示。2CN103472250A权利