用软件无线电方法实现MRI回波信号接收

该文首先简要介绍了软件无线电的基本原理和基于软件无线电的射频接收系统的3种结构形式：射频全宽开低通采样结构,射频直接带通采样结构和宽带中频带通采样结构;并介绍了磁共振成像（MRI）回波信号接收的基本原理和将软件无线电方法应用于MRI回波信号接收的意义. 然后该文重点介绍了采用3种软件无线电结构实现MRI回波信号接收系统的具体设计方案,包括接收系统方框图、工作原理、设计参数的选择和分析、部分功能模块的实现方法、设计和实现中需要注意的问题. 最后以一个低场通用MRI回波接收系统为实例,分析比较了3种设计方案并给出了实际系统的测试结果.     

用于低场磁共振成像的直接射频采样数字接收机

提出一种用于低场磁共振成像谱仪的数字接收机的设计. 它基于直接射频采样技术,本文详细讨论了其设计过程. 实验结果表明,设计的数字接收机具有结构简单、性能优良和实用性较强的特点.     

磁共振信号并行高速接收系统设计

针对低场磁共振成像系统,该文设计了一种紧凑灵活的信号接收方案,实现对多通道磁共振信号的高速采样与直接数字解调. 系统采用高速模数转换器(A/D)对磁共振信号直接采样;以单片数字下变频器(DDC)--AD6636, 完成4路采样信号的数字解调;以数字信号处理器（DSP）作为控制器,实现对AD6636的配置以及I/Q数据的读取. 信号采样频率可达100 MSPS,适用于1 T以下的系统. 实验证明该设计具有结构紧凑,采样速率高,配置方便快速,滤波器设计丰富灵活等特点,为磁共振成像谱仪的研制提供了一种高性能的信号接收方案.     

基于数据采集卡和GPU的MRI信号接收设计

针对磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)的信号接收,提出一种基于高速数据采集卡和图形处理器(Graphic Processing Unit,GPU)的接收方法.采样每一行数据时,在谱仪输出触发脉冲的控制下,数据采集卡对前置放大器输出的信号进行直接采样.然后,使用GPU并行实现数字混频、多级滤波抽取和图像重建.GPU具有很高的运算速度,信号处理过程中可以根据需要灵活地实现滤波器的组合.同时,数据全部采用双精度浮点类型,保证了很高的运算精度,提高了重建图像的信噪比.MRI实验证明了该信号接收方法的可行性.     

基于带通滤波器的透射率起伏信号频谱特征

透射率起伏频谱测粒技术是根据透射光起伏信号的频谱特征发展起来的一种新的颗粒测量方法,可用于实时在线测量。研究基于一阶带通滤波器的透射率起伏信号的频谱特征,重点分析带通滤波器带宽因子对透射率起伏频谱及其反演结果的影响。同时还考虑了无因次光束直径对透射率频谱的影响。结果表明选择较小的带宽因子α有利于提高测量结果的颗粒粒径分辨率,但是带宽因子α过小会降低透射率起伏频谱的强度从而导致测量产生误差;反之,选择较大的带宽因子α有利于获得较强的透射率起伏频谱信号,但是带宽因子α过大会降低测量结果的颗粒粒径分辨率。     

基于DSP的全数字低场MRI信号接收算法研究

针对低场磁共振成像（MRI）系统,提出一种实用的基于通用浮点DSP的全数字高精度、高效率信号接收算法. 对经前端调理的回波信号直接采样数字化,在通用浮点DSP上进行数字正交解调, 采用高效的积分梳状滤波器(CIC)、半带滤波器(HB)、FIR滤波器等进行多级滤波抽取,极大的减少了运算量,提高了运算效率,最后得到用于成像的原始数据. 整个数字信号处理过程全部采用单精度浮点数据格式,用软件实现,提高了运算精度,增加了信号检测系统的灵活性. 最后通过CCS2.2软件仿真,验证了本算法的实时性和实用性.     

基于全可编程SoC和LabVIEW的磁共振接收系统设计

本文提出了基于全可编程片上系统（System-on-a-Chip,SoC）和实验室虚拟仪器工程平台（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,LabVIEW）的磁共振信号接收系统设计.使用集成了ARM（Advanced RISC Machines）和现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）的全可编程SoC作为接收机的主芯片,利用Xilinx提供的数字信号处理（Digital Signal Processing,DSP）开发工具System Generator设计了数字下变频（Digital Down Converter,DDC）算法,并实现了接收机硬件电路.使用可视化编程平台LabVIEW设计了磁共振上位机软件,完成了磁共振信号的显示、存储和与接收机通信的工作,提高了软件开发效率.实验结果表明,本文设计的接收机能正确接收磁共振回波信号,且具有较高的信噪比.     

基于调频信号子带相关性分析的回波特征提取方法

利用两种典型调频信号(LFM及HFM)的波形特点,本文提出了一种基于目标回波子带相关性的特征分析方法,并提取了回波统计特征。仿真与海上试验数据分析结果表明,该方法提取的回波统计特征对于识别水下人造金属目标与非目标具有较好的可分性。     

基于单片FPGA的多通道磁共振成像接收模块

提出了一种基于FPGA的多通道磁共振成像接收模块,能对多个独立通道的磁共振信号进行直接采样、数字下变频,以及数据流控制,并对其进行了成像实验. 设计中采用Xilinx公司的系统级DSP开发工具--System Generator对FPGA内部所有功能进行建模、仿真并生成相应的硬件描述语言. 模块的采样速率为80MSPS,能灵活实现1 kHz~1 MHz范围的可变接收带宽,适用于1 T以下的磁共振成像系统;在单片FPGA内完成1~4个通道采样信号的数字正交解调,抽取滤波和数据流的处理,并可扩展至8通道. 实验证明模块具有体积小,集成度高,可重构性强和成本低等特点,为磁共振成像谱仪的多通道接收系统提供了一种高性能的数字化解决方案.     

基于矢量线阵的目标低频线谱提取方法

主动声呐系统常采用线性调频信号探测水下目标。利用分数阶傅里叶变换处理线性调频回波时,可在低信噪比和强混响背景下获得目标参数的有效估计。主动声呐系统常通过增大发射信号的时间带宽积来提升系统的距离分辨力和速度分辨力,但却带来了计算复杂度的显著增加,尤其是奈奎斯特采样下基于分数阶傅里叶变换的回波处理方法,导致数据处理时间难以满足功耗和体积受限的无人水下航行器平台的实时性要求。针对此问题,该文提出分数阶傅里叶变换的带通采样实现方法,通过对线性调频信号时频特性直线在分数阶域的投影进行修正,使利用分数阶傅里叶变换方法处理带通采样的回波数据时,可获得正确的目标参数估计。计算机仿真数据和无人水下航行器湖试数据处理结果验证了分数阶傅里叶变换的带通采样实现方法的正确性,数据处理时间能够满足无人水下航行器平台处理的实时性要求。     

扩展基于AD9874数字接收机谱宽的二次抽取算法

针对基于AD9874芯片的数字接收机的最小谱宽和谱宽允许设置的数目均不能满足常规临床用磁共振成像技术的要求,本文从软件角度提出了一种扩展数字接收机谱宽的二次抽取算法. 该算法具体实现过程主要包括两个步骤：(1) 自适应过采样倍率和自动谱宽调整;(2) 数字滤波和抽取. 为了验证这个二次抽取算法的有效性,本文分别用单脉冲实验和磁共振成像实验加以了验证.     

一种基于相干检测的双向输出信号频率可选的光纤无线系统

提出了一种单光源、双向输出信号频率可选的光纤无线系统,该系统在单光源条件下,利用相干检测技术、数字信号处理技术,结合并行相位调制器以及波长选择开关结构,在上下行链路实现基带信号、多个毫米波信号输出.仿真验证表明,针对20Gbit/s 16-QAM调制信号,经30km光纤传输,系统下行输出信号频率实现0~60GHz可选,其传输最小矢量误差为6.53%(0GHz)~7.61%(60GHz);上行输出信号频率实现0~120GHz可选,其传输最小矢量误差为6.89%(0GHz)~8.30%(120GHz).理论分析和仿真结果表明,该系统双向链路均可实现频率可选的信号输出,且双向传输具有较好的性能表现.     

基于基频混频的相位生成载波解调方法研究与改进

对基频混频相位生成载波解调方法的局限性进行了研究与改进.在该方法的基础上,通过引入直流滤波器,滤除了直流成分的影响,使得改进后的算法克服了基频混频相位生成载波解调方法只适用于小信号的局限性;通过引入抗混叠滤波器,保留了有用频谱成分,进一步降低了采样频率.在采样频率一定时,最大限度地提高了系统可解调的动态范围上限,给出了实现改进后算法的硬件实现方案,并用Matlab及数字信号处理器软件开发代码调试器分别进行了仿真验证,证明了这种改进解调方案的可行性.     

基于磁通门和时域数字鉴频的磁场锁定系统

永磁型磁共振仪器的磁体易受温度和其他环境磁场干扰,造成主磁场波动,进而影响仪器测量的重复性和准确性．本文讨论了两种解决磁场波动的锁定方法：一方面,通过磁通门传感器对环境波动引起的瞬态磁场进行高灵敏探测,然后采用现场可编程门阵列进行实时处理并计算磁场补偿量;另一方面,针对环境温度变化引起的缓慢磁场偏移,则采用时域数字鉴频锁场方法,在对锁样品进行射频激发后,将磁共振信号通过混频变换到较低的频率范围,再转换为方波,然后直接送入现场可编程门阵列进行周期测量,并计算磁场补偿量．将两种方法获得的磁场补偿量叠加后,再转换为电流信号驱动安装在磁体上的B₀补偿线圈,并研制了一套磁场锁定系统,以实现对磁场的锁定.在0.5 T食品快检磁共振分析仪上进行测试验证,结果显示当受到瞬态干扰时,可将磁场稳定在±4 Hz(对应磁场为±0.093 9μT)范围内,同时也可以精准测量温度造成的磁场偏移,该结果验证了本文磁场锁定方法的可行性．     

基于FPGA与DDS的磁共振成像射频脉冲发生器

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)与直接数字频率合成(DDS)的磁共振成像(MRI)射频脉冲发生器,采用FPGA实现DDS,并内置软脉冲波形双端口随机存取存储器(RAM)、乘法器以及相关的控制逻辑.实现了较高的技术指标,其中频率、相位与幅度分辨率分别为32 bits、16 bits与16 bits,软脉冲波形的时间精度可达0.1?s.FPGA提供了一个可编程的接口,便于序列控制器对其进行控制,以输出射频脉冲.MRI实验结果证明了该设计的可行性.     

基于扫频采样的飞秒激光大尺寸测距方法研究

作为一种高精度测量工具,飞秒激光具有优于传统激光技术的特性,已被广泛应用于工业生产、航空航天、科学研究等领域。扫频采样法在很大程度上改善了机械振动、扫描速度过慢等问题,对飞秒激光的绝对测距性能提升有着重要的意义。基于扫频采样原理,提出了一种利用飞秒激光的大尺寸距离测量方法,并对该技术的测量原理、干涉光谱和解调算法等方面进行了研究。首先,根据飞秒激光的锁模生成原理和压电陶瓷的压电效应,介绍了飞秒激光器连续扫描重复频率的方法。在此基础上,结合传统的光学采样法原理,解释了扫频采样法的测距原理,推导并讨论了光纤延迟线的长度对扫描距离的影响。然后,搭建了基于扫频采样的飞秒激光测距系统,在线性导轨上进行了远距离的测量实验,同时设计了基于迈克尔逊干涉原理的He-Ne激光参考光路。根据实验环境修正了空气群折射率,分析了测量距离对光谱条纹峰值和宽度的影响,测量了不同目标位置处的激光扫描距离。在50.4 m的测量范围内,扫描距离从0.56 mm增加到1.12 mm,充分验证了光纤延迟线对提升大尺寸测距能力的重要性。周期性的频率扫描可产生互相关条纹,通过对测量光谱条纹进行希尔伯特变换处理,解算出实时的频率变化量和采样倍乘系数,从而获取被测的距离信息。此外,为了减小系统的时间延迟误差,提高测量的准确性,采用差分原理对算法进行了改进。在希尔伯特算法基础上,分别对频率和距离进行差分处理,解算距离信息。实验结果表明,经过对比,采用基于距离差分的改进算法处理数据,性能结果较好。算法改进后,系统在50 m范围内的测量精度从11 μm提高到4 μm,相对精度从2.2×10-9提高到8×10-8,测距准确性明显提高。通过分析重复性测量数据,并与增量式激光干涉仪结果比对,测量误差的标准差从10 μm提高到2 μm,最大相对稳定性从2×10-9提高到4×10-8,测距稳定性明显提高。因此,该方法有较为优秀的大尺寸测距能力,具有同时实现高精度、大尺寸、快速绝对测距的潜力,在未来的精密光谱测量领域有着很大的前景。