，與所述復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊、速度能量計(jì)算模塊相連接；
[0051 ]所述速度能量計(jì)算模塊，與所述低速AD采集模塊、TF卡控制模塊相連接；
[0052]所述TF卡控制模塊，與所述速度能量計(jì)算模塊、網(wǎng)口控制模塊、RS422\RS232通訊豐吳塊相連接；
[0053]所述網(wǎng)口控制模塊，與所述TF卡控制模塊相連接；
[0054]所述RS422\RS232通訊模塊，與所述TF卡控制模塊相連接。
[0055]進(jìn)一步，所述高速AD采集模塊和低速AD采集模塊各為4路，所述DA控制模塊為2路。
[0056]再進(jìn)一步，所述DDR2存儲(chǔ)模塊包括AD原始數(shù)據(jù)緩存區(qū)、濾波數(shù)據(jù)緩存區(qū)、復(fù)相關(guān)計(jì)算結(jié)果緩存區(qū)。
[0057]所述濾波降采樣模塊包括:低通濾波單元，用于信號(hào)256階低通濾波處理；降采樣單元，將濾波之后的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行8降I降采樣。
[0058]所述復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊包括:浮點(diǎn)復(fù)數(shù)相乘單元，用于浮點(diǎn)復(fù)數(shù)相乘計(jì)算;浮點(diǎn)復(fù)數(shù)累加單元，用于浮點(diǎn)復(fù)數(shù)累加計(jì)算。
[0059]圖1是本發(fā)明的一種基于FPGA的聲學(xué)多普勒流速剖面儀信號(hào)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。一種基于FPGA的聲學(xué)多普勒流速剖面儀信號(hào)處理系統(tǒng)，包括數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)射模塊、DA輸出模塊、高速AD采集模塊、DDR2存儲(chǔ)模塊、正交調(diào)制模塊、濾波降采樣模塊、復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊、低速AD采集模塊、TF卡控制模塊、網(wǎng)口控制模塊以及RS422\RS232通訊模塊。數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)射模塊，與DA輸出模塊相連接;DA輸出模塊，與數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)射模塊和高速AD采集模塊相連接;高速AD采集模塊，與DA輸出模塊、DDR2存儲(chǔ)模塊和正交調(diào)制模塊相連接;DDR2存儲(chǔ)控制模塊，與高速AD采集模塊、正交調(diào)制模塊、濾波降采樣模塊、復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊相連接；正交調(diào)制模塊，與高速AD采集模塊、DDR2控制模塊、濾波降采樣模塊相連接;濾波降采樣模塊，與正交調(diào)制模塊、DDR2控制模塊、復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊相連接;復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊，與DDR2控制模塊、濾波降采樣模塊相連接;低速AD采集模塊，與復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊、速度能量計(jì)算模塊相連接;速度能量計(jì)算模塊，與低速AD采集模塊、TF卡控制模塊相連接;TF卡控制模塊，與速度能量計(jì)算模塊、網(wǎng)口控制模塊、RS422\RS232通訊模塊相連接;網(wǎng)口控制模塊，與TF卡控制模塊相連接;RS422\RS232通訊模塊，與TF卡控制模塊相連接;數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)射模塊用于輸出兩路反向編碼脈沖信號(hào)，供外部電源板使用來(lái)驅(qū)動(dòng)聲波換能器;DA輸出模塊用于輸出兩路電壓信號(hào)，供外部模擬電路板使用來(lái)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的增益；高速AD采集模塊用于采集波束輸出信號(hào);DDR2控制模塊用于存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)和計(jì)算的中間值;正交調(diào)制模塊用于將時(shí)域數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)形式;濾波降采樣模塊用于信號(hào)濾波降采樣處理;復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊用于每一層數(shù)據(jù)復(fù)相關(guān)運(yùn)算處理;低速AD采集模塊用于采集縱搖、橫搖、溫度、壓力值;TF卡控制模塊用于存儲(chǔ)參數(shù)、縱橫搖、溫度、壓力以及每一層的流速和回波能量等結(jié)果數(shù)據(jù)；網(wǎng)口控制模塊用于將信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)上傳至上位機(jī);RS422\RS232通訊模塊用于系統(tǒng)跟上位機(jī)進(jìn)行通訊。
[0060]優(yōu)選的，所述高速AD采集模塊和低速AD采集模塊各為4路，所述DA控制模塊為2路；
[0061]圖2是本發(fā)明的一種基于FPGA的聲學(xué)多普勒流速剖面儀信號(hào)處理方法流程圖，包括如下步驟:
[0062]步驟一，系統(tǒng)初始化，上位機(jī)設(shè)置參數(shù)并給出啟動(dòng)信號(hào)。系統(tǒng)啟動(dòng)后等待定時(shí)器中斷，定時(shí)時(shí)間到進(jìn)入正式工作流程；
[0063]本實(shí)施例中，上位機(jī)設(shè)置的參數(shù)包括時(shí)間、層厚、層數(shù)、工作周期、每一集合工作次數(shù)。
[0064]步驟二，F(xiàn)PGA給出一定長(zhǎng)度的數(shù)字脈沖信號(hào)，等到信號(hào)發(fā)射完畢后開(kāi)啟DA控制前端增益，高速AD電路采集4路波束輸出信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)傳入FPGA內(nèi)部，數(shù)字信號(hào)緩存入DDR2存儲(chǔ)器；
[0065]本實(shí)施例中，脈沖信號(hào)長(zhǎng)度根據(jù)設(shè)置的層厚計(jì)算得到。高速AD采集的4路波束輸出信號(hào)前兩路為測(cè)流信號(hào)，后兩路一路測(cè)高，一路備用。DA可輸出兩路電壓，分別控制前兩路波束輸出信號(hào)和后兩路波束輸出信號(hào)的增益。
[0066]步驟三，從DDR2存儲(chǔ)器中讀取波束數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)，做正交基帶調(diào)制處理，變?yōu)閺?fù)數(shù)形式，再做復(fù)降采樣濾波處理，將得到的復(fù)數(shù)結(jié)果存入DDR2存儲(chǔ)器中；
[0067]首先復(fù)降采樣濾波模塊包括低通濾波單元和降采樣單元；
[0068]進(jìn)一步地，低通濾波單元將信號(hào)進(jìn)行256階低通濾波處理；
[0069]進(jìn)一步地，降采樣單元將濾波之后的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行8降I降采樣。
[0070]步驟四，從DDR2存儲(chǔ)器中讀取復(fù)降采樣濾波之后的數(shù)據(jù)，計(jì)算每一層數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的起始點(diǎn)以及層厚對(duì)應(yīng)的點(diǎn)數(shù)，對(duì)每一層數(shù)據(jù)做復(fù)相關(guān)運(yùn)算；
[0071 ]復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊包括浮點(diǎn)復(fù)數(shù)相乘單元和浮點(diǎn)復(fù)數(shù)累加單元。浮點(diǎn)復(fù)數(shù)相乘單元用于浮點(diǎn)復(fù)數(shù)相乘計(jì)算;浮點(diǎn)復(fù)數(shù)累加單元用于浮點(diǎn)復(fù)數(shù)累加計(jì)算。
[0072]本實(shí)施例中，復(fù)相關(guān)計(jì)算運(yùn)算量大，采用硬件模塊計(jì)算，處理時(shí)間短，滿(mǎn)足系統(tǒng)快速計(jì)算的要求。
[0073]步驟五，低速AD電路采集縱搖、橫搖、溫度、壓力信號(hào)，計(jì)算出裝置的姿態(tài)以及當(dāng)前環(huán)境的溫度和壓力值，進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前水體中的聲速，然后讀取復(fù)相關(guān)處理后的數(shù)據(jù)計(jì)算每一層的流速和回波能量；
[0074]本實(shí)施例中，因?yàn)椴煌h(huán)境水中聲速是不一樣的，所以低速AD模塊通過(guò)4路低速AD電路采集得到系統(tǒng)的縱搖、橫搖、溫度、壓力信號(hào)，進(jìn)而計(jì)算實(shí)際的聲速。
[0075]步驟六，將參數(shù)、縱橫搖、溫度、壓力以及每一層的流速和回波能量?jī)?chǔ)存在TF卡中，并通過(guò)RS422或RS232發(fā)送給上位機(jī)顯示。
[0076]上述實(shí)施方式為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的修改、替代、組合、裁剪，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于FPGA的聲學(xué)多普勒流速剖面儀信號(hào)處理方法，其特征在于:所述方法包括以下步驟: 步驟一，系統(tǒng)初始化，上位機(jī)設(shè)置參數(shù)并給出啟動(dòng)信號(hào)，系統(tǒng)啟動(dòng)后等待定時(shí)器中斷，定時(shí)時(shí)間到進(jìn)入正式工作流程； 步驟二，F(xiàn)PGA給出一定長(zhǎng)度的數(shù)字脈沖信號(hào)，等到信號(hào)發(fā)射完畢后開(kāi)啟DA控制前端增益，高速AD電路采集4路波束輸出信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)傳入FPGA內(nèi)部，數(shù)字信號(hào)緩存入DDR2存儲(chǔ)器； 步驟三，從DDR2存儲(chǔ)器中讀取波束數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)，做正交基帶調(diào)制處理，變?yōu)閺?fù)數(shù)形式，再做復(fù)降采樣濾波處理，將得到的復(fù)數(shù)結(jié)果存入DDR2存儲(chǔ)器中； 步驟四，從DDR2存儲(chǔ)器中讀取復(fù)降采樣濾波之后的數(shù)據(jù)，計(jì)算每一層數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的起始點(diǎn)以及層厚對(duì)應(yīng)的點(diǎn)數(shù)，對(duì)每一層數(shù)據(jù)做復(fù)相關(guān)運(yùn)算； 步驟五，低速AD電路采集縱搖、橫搖、溫度、壓力信號(hào)，計(jì)算出裝置的姿態(tài)以及當(dāng)前環(huán)境的溫度和壓力值，進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前水體中的聲速，然后讀取復(fù)相關(guān)處理后的數(shù)據(jù)計(jì)算每一層的流速和回波能量； 步驟六，將參數(shù)、縱橫搖、溫度、壓力以及每一層的流速和回波能量?jī)?chǔ)存在TF卡中，并通過(guò)RS422或RS232發(fā)送給上位機(jī)顯示。2.—種用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1所述的基于FPGA的聲學(xué)多普勒剖面儀信號(hào)處理方法的系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)射模塊、DA輸出模塊、高速AD采集模塊、DDR2存儲(chǔ)模塊、正交調(diào)制模塊、濾波降采樣模塊、復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊、低速AD采集模塊、TF卡控制模塊、網(wǎng)口控制模塊以及RS422\RS232通訊模塊;其中， 所述數(shù)字脈沖信號(hào)發(fā)射模塊用于輸出兩路反向編碼脈沖信號(hào)，供外部電源板使用來(lái)驅(qū)動(dòng)聲波換能器； 所述DA輸出模塊用于輸出兩路電壓信號(hào)，供外部模擬電路板使用來(lái)調(diào)節(jié)輸入信號(hào)的增益； 所述高速AD采集模塊用于采集波束輸出信號(hào)； 所述DDR2控制模塊用于存儲(chǔ)數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)和計(jì)算的中間值； 所述正交調(diào)制模塊用于將時(shí)域數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為復(fù)數(shù)形式； 所述濾波降采樣模塊用于信號(hào)濾波降采樣處理； 所述復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊用于每一層數(shù)據(jù)復(fù)相關(guān)運(yùn)算處理； 所述低速AD采集模塊用于采集縱搖、橫搖、溫度、壓力值； 所述TF卡控制模塊用于存儲(chǔ)參數(shù)、縱橫搖、溫度、壓力以及每一層的流速和回波能量等結(jié)果數(shù)據(jù)； 所述網(wǎng)口控制模塊用于將信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)上傳至上位機(jī)； 所述RS422\RS232通訊模塊用于系統(tǒng)跟上位機(jī)進(jìn)行通訊。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述高速AD采集模塊和低速AD采集模塊各為4路;所述DA輸出模塊為2路。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述DDR2模塊包括AD原始數(shù)據(jù)緩存區(qū)域、濾波數(shù)據(jù)緩存區(qū)域和復(fù)相關(guān)計(jì)算結(jié)果緩存區(qū)域。5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波降采樣模塊包括:低通濾波單元，用于信號(hào)256階低通濾波處理;降采樣單元，將濾波之后的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行8降I降采樣。6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述復(fù)相關(guān)計(jì)算模塊包括:浮點(diǎn)復(fù)數(shù)相乘單元，用于浮點(diǎn)復(fù)數(shù)相乘計(jì)算;浮點(diǎn)復(fù)數(shù)累加單元，用于浮點(diǎn)復(fù)數(shù)累加計(jì)算。
【專(zhuān)利摘要】一種基于FPGA的聲學(xué)多普勒流速剖面儀信號(hào)處理方法，包括以下步驟：步驟一，系統(tǒng)初始化；步驟二，發(fā)射脈沖信號(hào)，結(jié)束后采集波束輸出信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)存入DDR2存儲(chǔ)器；步驟三，從DDR2存儲(chǔ)器中讀取波束數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)，做正交基帶調(diào)制處理、復(fù)降采樣濾波處理，將結(jié)果存入DDR2存儲(chǔ)器中；步驟四，從DDR2存儲(chǔ)器中讀取復(fù)降采樣濾波之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)相關(guān)運(yùn)算；步驟五，低速AD電路采集溫度、壓力等信號(hào)，計(jì)算出當(dāng)前水體中的聲速，然后讀取復(fù)相關(guān)處理后的數(shù)據(jù)計(jì)算流速和回波能量；步驟六，將結(jié)果數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在TF卡中，并發(fā)送給上位機(jī)處理、顯示。以及提供一種基于FPGA的聲學(xué)多普勒流速剖面儀信號(hào)處理系統(tǒng)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功耗低、成本低、體積小、實(shí)時(shí)性良好。
【IPC分類(lèi)】G01P5/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105572418
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610033937
【發(fā)明人】陳朋, 金禮聰, 黨源杰, 徐天宇, 朱威
【申請(qǐng)人】浙江工業(yè)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年1月19日