基于TS201的网络化声纳信号处理平台设计

凭借出色的浮点运算性能,TS201芯片在声纳、雷达等军用电子设备中得到了广泛的应用。然而,由于该芯片本身没有提供原生的高速串口(如串行RapidIO,GbE),不利于多DSP系统接入到网络和实现功能的可重构。本文提出了一种设计方法:利用串行RapidIO技术将TS201芯片构建成可重构的网络,实现了基于TS201芯片信号处理平台的网络化,提高了系统的通用性和使用效率。     

第十讲数字信号处理与数字信号处理器(DSP)

文章简要介绍了“数字信号处理”与“数字信号处理器（DSP）”的发展历史．在数字信号处理的应用中，实时实现是非常重要的，而DSP在实时处理中，扮演了一个重要的角色．文章中还介绍了DSP在实际应用中的一些关键技术，例如DSP的种类和选型，DSP的开发工具，实时软件的开发过程等．最后，还介绍了一些DSP的应用实例，如语音编码器，视频电话和视频会议系统，用于雷达和声纳的DSP并行处理系统     

一位新中国声学家的成长之路

李启虎院士简介 水声信号处理和声纳设计专家,浙江温州市人,出生于1939年,1963年毕业于北京大学数学力学系,中国科学院声学研究所研究员,1997年当选为中国科学院院士. 长期从事信号处理理论和声纳设计、研制工作.结合我国浅海声传播的特点,创造性地应用信息论、数字信号处理、水声工程等理论,解决了一系列水声信号处理中的问题,为我国水声技术的发展做出了重要贡献.     

一种简单高精度超声液位计系统的设计与实现

介绍了超声时延法测距的基本原理,设计并实现了一种基于DSP的超声液位计系统,改进国内同类产品精度和稳定度偏低的问题。利用选用的AD、DSP芯片特点,给出了一种简单高效率的超声换能器驱动电路和回波采集放大电路的实现方案;使用通用16位定点DSP芯片TMS320VC5502,实现测距算法,增强了后端数字信号处理能力;使用收发一体窄带超声换能器发射和接收超声信号,其中心频率20kHz,3dB带宽1kHz。实验结果表明,本系统测量范围为0.5～18m,测量精度可达到测量距离的0.5%。     

数字信号处理器TMS320C25构成的高速处理系统及其在声学上的应用

数字信号处理器TMS320C25的运算速度比通用PC机(XT,AT,286,386)高2—3个数量级,而且有很多适合于信号处理使用的指令,因此在声学工程中获得广泛应用,如频谱分析、数字滤波、语言信号处理、图象处理、声学测量仪器等.本系统还具有数据采集.软硬件开发、方案的实时模拟和高速运算等功能.本文介绍了它们的构成原理、功能特点和使用中的一些问题.     

一种实用的消除干涉合成孔径声纳的水平地形效应的方法

本文根据干涉合成孔径声纳的特点给出了一种结合干涉图和部分系统参数的消除水平地形效应方法。基于干涉合成孔径声纳的几何结构,给出了一种依赖于参考高度的水平地形相位公式。然后利用干涉图条纹选取合适的参考高度。湖试数据的处理结果证明了该方法的可行性。     

通用化数据采集处理系统的LabVIEW实现

针对目前测控领域对自研数据采集系统的不同需求,提出一种基于LabVIEW的通用化设计。整个系统基于软硬件构架：硬件上采用“ADC FPGA PCI”的模块化接口设计,能方便搭载于各种测试平台;软件上采用图形化编程语言LabVIEW进行开发,包括基于NI-VISA的PCI驱动程序和生产者/消费者模式的上位机处理软件。前者通过直接访问底层寄存器进行控制,为同类芯片的通用驱动开发提供了参考方案;后者充分利用LabVIEW多线程处理的特点,从软件构架上改善数据流向,优化程序。实验结果表明,该系统工作稳定,人机交互良好,可实现数据存储、回放和时频分析等多项功能。     

基于FPGA和DSP的超声波风向风速测量系统

本文研究了数字化超声风速测量系统,提出并实现了完整的系统设计方案。该方案的核心是基于现场可编程门阵列(FPGA)和数字信号处理器(DSP)的硬件系统架构和基于包络重心法的信号处理算法。该设计可实现超声信号的高速数据采集和复杂的信号处理算法。测试结果表明所实现的超声风速测量系统具有体积小、反应速度快、抗干扰能力强和分辨率高等优点,且具有成本优势,并保持较低的功耗。     

多路噪声测量系统的研制

本描述了多路噪声测量系统的建立,该系统是一以微机为中心的数字化系统,可实现对４路稳态宽带噪声的测量,测量参数是线性声压级和倍频带声压级。系统由微机、ＴＭＳ３２０Ｃ３０板、多路ＡＤ板、传感器、放大器等设备构成硬件系统,并通过编制Ｃ３０板嵌入式软件和微机主控程序实现系统功能。在软件编制中结合数字信号处理技术,并结合硬件特性优化程序设计,本系统测量方法简易,快捷和精度高,在噪声测量领域具有较高实用价值     

基于快速小波分形插值的声纳图像缩放算法

本文讨论主动图像声纳的图像结果显示问题,主要介绍一种基于快速小波分形插值的实时声纳图像缩放算法。并通过对合成孔径声纳图像数据进行算法比较,发现此算法比通用的图像插值算法,如双线性插值和双三次样条插值等,具有更好的性能。由于可以分块并行实现,因此本算法易于应用于实时图像声纳工程中。     

空间雷电探测实时采集定位系统

星载雷电探测定位系统是利用光学探测器探测闪电事件的地理位置和光脉冲波形，系统采用CPLD+DSP的数字图像处理方案，利用了CPLD复杂逻辑可编程特性将系统的部分或全部功能集成在一片CPLD上，减小了系统硬件复杂程度，节省了印制版空间.利用DSP高速数字信号处理特性完成实时处理图像数据的功能.系统用CPLD完成图像信号的采集、编码和存储控制,缩小了星载设备体积，简化了电路结构；用DSP完成大量图像数据处理工作，提高了系统工作的实时性.     

基于ARM和DSP的双核嵌入式视频监控系统

针对传统嵌入式视频监控设备集成度低,功能有限,响应速度慢,计算能力不足的问题,研究了一种基于ARM微处理器S3C6410与TMS320DM642 DSP双核体系结构的嵌入式视频监控系统。该系统采用CMOS摄像头采集视频数据,经DM642上算法处理后通过HPI高速并行接口传输给ARM处理器,ARM处理器负责对接收到的视频进行控制和LCD显示。重点阐述了ARM和DSP系统单元间的硬件连接方案,HPI接口驱动程序的设计实现,以及结合Linux异步通知和多线程技术的QT/Embedded客户端人机交互软件的编写。最后,移植了运动目标跟踪算法到DSP中并对整个系统进行实验测试,验证系统的性能。经实验证明,所设计的系统稳定可靠,视频清晰流畅,具有性能高、功耗和成本低、可扩展性强等优点,在嵌入式视频监控领域具有推广和使用价值。     

声光可调谐滤波器成像光谱仪实时预处理系统

为了快速实时地预处理声光可调谐滤波器（AOTF）成像光谱仪的数据,分析了AOTF成像光谱仪数据特点及预处理算法,采用数字信号处理器（DSP）作为核心器件代替传统的PC机处理平台,提出了一种基于两片ADSP-TS201的外部总线共享与链路口混合耦合的双DSP并行处理系统方案。结合实际需求,设计了流水线处理方式并合理分配预处理任务。用实验方法对系统的功能进行了验证,结果表明：双DSP并行处理系统完成一帧AOTF成像光谱仪数据的预处理仅需23.5 ms,比原有PC机处理速度提高了13倍左右,满足了实时性要求,促进了AOTF成像光谱仪系统化、模块化、小型化并兼具实时处理能力的发展。     

数字投影三维数字成像的并行DSP实现

提出一种基于数字白光投影的三维数字成像嵌入式DSP处理系统.该系统根据时序变频条纹投影原理,利用TMS320DM642定点DSP和FPGA硬件电路以及多线程软件技术实现了条纹编码、编码图像采集和条纹分析的流水线处理过程.为了提高相位解调算法的速度,使用软件流水对其进行了优化.对于512×512像素图像,五步相移时的条纹图处理速度可达到39.7 fps,能满足快速条纹图处理的要求.测量实验表明,该系统可以实现快速、准确的三维轮廓测量.     

激光光靶图像识别和测量方法的DSP实时实现

针对火炮光电窥膛系统中对激光靶图像自动识别和测量中的高效、准确、实时性的要求,设计了一套DSP(Digital Signal Processing)快速运算方法的硬件实施方案.介绍了基于高性能DSP实时处理的硬件原理框图,重点分析了硬件系统中的大量数据交换瓶颈问题,存储器访问的软件优化和分配机制以及快速定标量化的压缩存储机制.实践证明该方案有效地提高了系统在实时测量中的应用价值.     

适合DSP处理的低内存并行SPIHT算法

针对SPIHT(set partitioning in hierarchical trees)算法的编码过程具有重复运算、存储量大等问题,提出了一种适合于DSP(digital signal processors)处理的低内存并行SPIHT算法。该算法采用乒乓缓存策略,使得数据的传输和编码能够同时进行。通过引入基于行的整型提升方案,使得只需经少量行变换就能进行列变换,提高了小波的变换速度。根据DSP的并行特性和SPIHT算法的缺点,采用“改进的最大幅值求取方法”、“误差位数以及绝对零值和绝对零集合”、“最大值与零值图”和“单棵零树编码”等多种方法对其进行了改进,大大缓解了对内存的压力,减少了算法的运算量。该算法与LZC(listless zerotree coding)算法相比,重构图像的峰值信噪比相当,但速度提高了2倍,能满足一般的实时压缩要求。     

基于DSP+FPGA的元器件焊接垂直度识别方法

为实现电路板上柱状元器件焊接垂直度的精准检测,设计了一款基于DSP+FPGA的垂直度识别系统。DSP承担核心算法任务,FPGA作为数据预处理单元,完成接口的逻辑、系统的互连以及数据通道。在硬件平台上嵌入了基于元器件形心配准的垂直度识别算法。首先对预处理的图像利用改进的Canny算法提取元器件的像素级边缘,并采用边缘跟踪算法去除噪点和干扰边缘并对元器件进行编号,在粗提取的边缘上用Zernike矩算法来精确定位元器件亚像素级边缘。在此基础上,提取元器件轮廓的最小外接矩形来修正边缘并得到每个元器件的形心坐标,最后根据形心的偏移距离来完成每个元器件垂直度的识别。实验结果表明,该垂直度识别系统的设计方案识别结果精度高,检测速度快,满足实时性要求,具有重要的实际工程意义。     

连续波腔衰荡光谱系统的电路设计与应用

 为实现连续波腔衰荡光谱系统的工程化,设计了一套集信号调理、高速采样及数据处理为一体的高集成度数字信号处理(DSP)系统。该系统被用于取代常规连续波腔衰荡光谱系统中由高速数据采集卡及计算机组成的腔衰荡信号测试系统,完成对腔衰荡信号的获取与拟合。该系统最高能实现16 bits/80 MHz的信号采样,并能准确地由腔衰荡信号反演出腔衰荡时间。实验结果表明：结合现有的光反馈式连续波腔衰荡光谱系统,该系统能实现等噪声测量灵敏度为1.0×10^-8 cm^-1的吸收光谱测量,其重复测量精度可达3‰。     

高光谱RX异常检测的多DSP并行化处理技术

为达到高光谱图像数据RX异常检测处理的高速、实时、海量存储等要求,本文提出了一种基于 CPCI Express 标准总线架构的多DSP高光谱图像并行处理系统的解决方案。系统采用4片DSP共享数据总线和存储器的紧耦合与Link口互联相结合的硬件拓扑架构。在该硬件平台上,针对光谱RX异常检测算法以及光谱图像三维数据的特点,分配各DSP并行处理任务,提出了一种利用图像空间分块计算并求整个图像的均值矩阵与协方差矩阵的4DSP并行处理技术。结果表明,在保证同等探测效果的条件下,采用本文的RX异常检测算法4DSP并行处理技术,可以达到单DSP处理4倍的时间效率,解决了DSP内存容量对大数据量图像处理的限制,并较好的完成了光谱数据的实时处理要求。