基于fpga数字波束形成系统の研究

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1、摘要基于FPGA的数字波束形成系统的研究硕士研究生张晓辉导师郭学雷东南大学信息科学与工程学院医学超声成像具有安全、无创、诊断及时，相对便携等优点，在临床中得到广泛应用。与X．CT(X线计算机体层摄影术)、MⅪ(核磁共振成像)、ECT(放射性核素成像)一起被公认为现代医学四大影像技术。随着现代半导体技术和计算机技术的飞速发展，数字化成为超声系统发展的必然趋势。‘在数字化超声系统中，波束形成器是整个超声成像系统的核心部分，主要负责发射脉冲与接收回波。发射脉冲的长度决定了图像的轴向分辨力，超声波束的宽度决定了图像的横向分辨力，因此波束形成器的性能直接决定着成像质量的好坏。传统的波束形成器采用

2、模拟延迟线和选择器来实现延时，其缺点是聚焦偏转控制电路非常复杂、庞大，且模拟器件的固有特性，如插入损耗、阻抗不匹配、噪声大、稳定性差等，也会大大降低实际系统的性能。本文首先在前期B超成像理论基础和仿真的前提下，结合目前广泛应用的FPGA技术，对数字化B超的前端系统的实现进行了初步分析，设计了前端系统的实现结构。接着对波束形成的原理进行分析和研究，分析常见的两种波束形成器的结构：非均匀采样波束形成器和均匀采样波束形成器。设计基于FPGA的数字波束形成器的均匀采样的实现结构，保证最大采样速率的前提下，大大减少对存储容量的需求，简化系统且易于实现。完成数字化前端的其他关键模块：动态滤波器、数

3、字化正交检波器，NCO、对数压缩等的原理分析和FPGA实现方法的详细阐述。在QuarnlsII软件上的仿真结果表明，采用FPGA进行数字化B超的设计不仅可以降低系统的成本与复杂度，而且提高了系统的精度。由于时间和条件的限制，发射前端模块的分析只仅限于理论分析和设计，没有结合探头进行具体实现，无法获得实际的发射波形。因此波束形成器的实际仿真，动态滤波器和低通滤波器参数的设定尚无法具体开展，以及最终的各个模块的下板调试也有待后续工作来完成。关键词：波束形成，动态聚焦，正交检波，FPGA，NCo，对数压缩，动态滤波。AbsnjactAbstractResearchofDigitalBeamf

4、ormingSystemBasedonFPGAM．S．Candidate：ZHANGⅪaohuiSuperyisor：GUoXueleiSchoolofInf．o珊ationScienceandEngineering，SoutheastUniVersity；ChinaMedicalU1n∞o蚰dImaging，whichownst11ech撇riSticsofsafe，noninVaSive锄dtimelydiagnosis，iswidelyuSedinmodemcliIlicandreg砌ed雒oneofmedomiIlammedicalima垂ngtechnologies．with

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