地震勘探系统中低功耗数字滤波系统的设计与研究

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1、中国科学技术大学硕士学位论文地震勘探系统中低功耗数字滤波系统的设计与研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：潘金云物理电子学武杰副教授二O一四年五月十五日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationformaster’Sdegree㈣㈣DesignandResearchofLowPowerConsumptionDigitalFilterSysteminSeimicExplorationAuthor’SName：Specialty：Supervisor：Finis

2、hedtime：PanJinyunPhysicalElectronicsWuJieAssoc．professorMay15m，2014中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：遥釜立、中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：

3、学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。目丞开口保密(——年)作者签名：溘盘主、签字日期：丝』赴型2垒牟一导师签名：签字日期：型!竺』：￡摘要现代高精度大规模地震勘探仪器中，数字滤波器由于其独特的优势成为采集站必不可少的部分之一。高精度，高分辨率的地震仪器，一方面，要求滤波器具有

4、很好的性能指标，如较大的抽取率，较好的谐波畸变、信噪比、动态范围等；另一方面，要求滤波器兼顾性能的前提下，拥有较低的功耗。所以，高性能低功耗的数字滤波器的算法研究成为了本文中心。本文主要分五个部分：地震勘探中数字滤波器的介绍、数字抽取滤波器的设计和仿真、数字滤波器算法级低功耗设计、高精度信号发生器的设计与制作、系统的实现、仿真和总结。第一章从石油的重要战略价值出发，介绍了数字滤波器的发展和作用，引出了现代地震勘探对数字滤波器的性能要求；第二章主要从信号的采样和抽取出发，阐明了抽取滤波器的设计要点，同时介绍了多种常见的滤波器的

5、特性，然后进一步利用这些滤波器组成多级滤波系统，并做了数学仿真，得出了很好的性能指标；第三章从算法的角度提出了低功耗优化，并针对不同滤波器提出了不同的优化理论，实现结果表明，优化的结果节约了很多资源，符合我们的研究预期；第四章从验证的角度出发，设计制作了一个可编程高精度的低频信号发生器，测试结果表明，信号质量符合预期目标，能够为今后的滤波器性能实测提供良好的测试平台；第五章主要利用硬件描述语言对第二章中确定的多级滤波器进行硬件实现，同时利用modelsim进行软件功能仿真，仿真结果表明其与Matlab的数学仿真结果一致，从另

6、一个角度说明了本设计的正确性。最后，在本章的结尾对本文的工作进行了总结和展望，阐述了本文的创新之处，并对未来工作提出了展望。关键词：数字滤波器，低功耗，FPGA，CIC滤波器，半带滤波器，FIR滤波器摘要IIABSTRACTInmodemlarge-scaleseismicexplorationinstrument，digitalfilterbecomeacrucialpartofdataacquisitionunitbecauseofitsuniqueadvantages．Ononehand，Hi曲precision，hi

7、曲resolutionseismicinstrumentsrequirethefilterhasgoodperformanceindexes，suchaslargerextractionrate，goodharmonicdistortionsignal-to—noiseratio，dynamicrange，etc．；Ontheotherhand，thehigh—performancefiltermusthavelowerpowerconsumption．Therefore，studyonthealgorithmofdigit

8、alfilterofhi曲performance、^，itlllowpowerconsumptionbecomesthecenterofthispaper．Thispaperisdividedintofiveparts：theintroductionofdigitalfiltersinse