基于FPGA的超聲相控陣發(fā)射-接收聚焦算法的研究.pdf

1、在傳統(tǒng)的超聲相控陣系統(tǒng)中，延時技術(shù)中的延時量是由pc機(jī)計算出來的，然后通過USB等總線技術(shù)把結(jié)果傳輸給延時控制電路，然后采用模擬方式如多路切換開關(guān)以及模擬延時線來完成每個通道的延時，所以這樣的系統(tǒng)不僅體積龐大，而且集成度很低。
　　為此本文重點研究了超聲相控陣聚焦算法的FPGA實現(xiàn)，這種方法采用了數(shù)字系統(tǒng)來計算延時量，與傳統(tǒng)方法相比，它可以并行地計算各通道延時值，極大地提高了運算速度，降低了體積，提高了集成度。在實現(xiàn)基于FPGA的

2、超聲相控陣聚焦算法時，為了進(jìn)一步提高計算精度，使用了IEEE-754標(biāo)準(zhǔn)的浮點格式來設(shè)計各個運算模塊，包括加/減法模塊，乘除法模塊以及正余弦三角函數(shù)模塊等。其中使用了CORDIC算法來實現(xiàn)浮點除法運算以及三角函數(shù)運算，相對于定點的CORDIC算法，在同樣的迭代次數(shù)下，基于浮點的CORDIC算法的精度相對較高，有利于提高計算精度，從而改善了最后的聚焦和偏轉(zhuǎn)效果。通過對不同迭代次數(shù)的結(jié)果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)迭代次數(shù)為16時，能夠滿足5ns的計算精

3、度。聚焦算法中的所有運算模塊都采用了流水線設(shè)計以及并行化設(shè)計，這種設(shè)計方式可提高時鐘頻率，從而提高了運算速度。然后本文用FPGA設(shè)計了一些行為模塊來模擬超聲相控陣的特性，如脈沖產(chǎn)生模塊模擬超聲探頭發(fā)射的超聲波形，在該模塊中利用了DDS（直接頻率合成技術(shù)）來發(fā)射脈沖;設(shè)計了延時發(fā)射和延時接收控制模塊來控制脈沖的發(fā)射和接收，在該模塊的設(shè)計中利用了DLL（數(shù)字鎖相環(huán)）實現(xiàn)了細(xì)延時，提高了延時精度;設(shè)計了數(shù)據(jù)緩存模塊來接收數(shù)據(jù)以及波束合成模塊來