[發明專利]基于FPGA的聲學多普勒流速剖面儀信號處理方法及系統

有效

• 申請號: 201610033937.8
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105572418B
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 陳朋;金禮聰;黨源杰;徐天宇;朱威
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務所有限公司 33241
• 代理人: 王利強

1.一種基于FPGA的聲學多普勒流速剖面儀信號處理方法，其特征在于：所述方法包括以下步驟：

步驟一，系統初始化，上位機設置參數并給出啟動信號，系統啟動后等待定時器中斷，定時時間到進入正式工作流程；

步驟二，FPGA給出一定長度的數字脈沖信號，等到信號發射完畢后開啟DA輸出模塊控制前端增益，高速AD電路采集4路波束輸出信號，將數字信號傳入FPGA內部，數字信號緩存入DDR2存儲器；

步驟三，從DDR2存儲器中讀取波束數字信號數據，做正交基帶調制處理，變為復數形式，再做復降采樣濾波處理，將得到的復數結果存入DDR2存儲器中；

步驟四，從DDR2存儲器中讀取復降采樣濾波之后的數據，計算每一層數據對應的起始點以及層厚對應的點數，對每一層數據做復相關運算；

步驟五，低速AD電路采集縱搖、橫搖、溫度、壓力信號，計算出聲學多普勒流速剖面儀的姿態以及當前環境的溫度和壓力值，進而計算出當前水體中的聲速，然后讀取復相關處理后的數據計算每一層的流速和回波能量；

步驟六，將參數、縱搖、橫搖、溫度、壓力以及每一層的流速和回波能量儲存在TF卡中，并通過RS422/ RS232通訊模塊發送給上位機顯示。

2.一種用于實現如權利要求1所述的基于FPGA的聲學多普勒流速剖面儀信號處理方法的系統，其特征在于：所述系統包括數字脈沖信號發射模塊、DA輸出模塊、高速AD電路、DDR2存儲器、正交調制模塊、濾波降采樣模塊、復相關計算模塊、低速AD電路、TF卡控制模塊、網口控制模塊以及RS422/ RS232通訊模塊；其中，

所述數字脈沖信號發射模塊用于輸出兩路反向編碼脈沖信號，供外部電源板使用來驅動聲波換能器；

所述DA輸出模塊用于輸出兩路電壓信號，供外部模擬電路板使用來調節輸入信號的增益；

所述高速AD電路用于采集波束輸出信號；

所述DDR2存儲器用于存儲數字信號數據和計算的中間值；

所述正交調制模塊用于將時域數字信號轉換為復數形式；

所述濾波降采樣模塊用于信號濾波降采樣處理；

所述復相關計算模塊用于每一層數據復相關運算處理；

所述低速AD電路用于采集縱搖、橫搖、溫度、壓力值；

所述TF卡控制模塊用于存儲參數、縱搖、橫搖、溫度、壓力以及每一層的流速和回波能量等結果數據；

所述網口控制模塊用于將信號數據通過網線上傳至上位機；

所述RS422/ RS232通訊模塊用于系統跟上位機進行通訊。

3.根據權利要求2所述的系統，其特征在于，所述高速AD電路和低速AD電路各為4路；所述DA輸出模塊為2路。

4.根據權利要求2或3所述的系統，其特征在于，所述DDR2存儲器包括AD原始數據緩存區域、濾波數據緩存區域和復相關計算結果緩存區域。

5.根據權利要求2或3所述的系統，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256階低通濾波處理；降采樣單元，將濾波之后的信號數據進行8降1降采樣。

6.根據權利要求2或3所述的系統，其特征在于，所述復相關計算模塊包括：浮點復數相乘單元，用于浮點復數相乘計算；浮點復數累加單元，用于浮點復數累加計算。