超声相控阵成像系统设计技术研究

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1、中图分类号：TP391论文编号：102870416-S043学科分类号：081001硕士学位论文超声相控阵成像系统设计技术研究研究生姓名吴朕学科、专业通信与信息系统研究方向数字通信指导教师徐大专教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一五年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringResearchonDesignTechnologyofUltrasonicPhas

2、edArrayImagingSystemAThesisinCommunicationandInformationSystemByWuZhenAdvisedbyProf.XuDazhuanSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得

3、南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入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。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要超声相控阵技术具有检测结果直观、可靠、检测效率高等优点，是目前无损检测领域的一个研究热点。本文旨在采用模块化的设计，研制一台多通道、可扩展的超声相控阵成像系统，并在硬件系统实现和验证相控阵发射、接收波束形成算法。主要工作如下：1.研究了超声相控阵发射和接收的基本原理、超声成

4、像的三个关键性能指标及其主要影响因素。分析了发射延时精度对合成波束的影响。研究了动态聚焦、编码激励以及正交包络检波算法在超声成像中的应用和性能影响。2.提出了多通道超声相控阵成像系统的硬件设计方案，系统采用模块化设计，主要由控制板卡、发射板卡、接收板卡以及底板组成，增加相应的板卡就可以扩展相应的功能模块。采用HV7350产生高压脉冲激励和AD9273作为超声回波接收的模拟前端，提高了系统的集成度；采用USB2.0接口完成了硬件系统与PC间的数据通信；采用FPGA实现各模块的逻辑控制和数据处理。3.完成了发射波束和接收波束形成的FPGA实现和验证

5、，主要包括了2.5ns延时精度的发射模块、高速串行信号解串器、基于资源复用的匹配滤波模块、动态聚焦延时参数计算和线性插值模块，其中高速串行信号解串器主要利用FPGA中的SelectIO资源完成。4.完成了超声相控阵成像系统各模块的原理图和PCB的设计，各电路板卡的焊接、调试，经过测试各模块都可以正常工作。完成了AD9273与FPGA之间高速串行接口的调试，实现了600Mbps串行LVDS信号的解串恢复。完成了控制板卡与上位机之间USB2.0接口的通信调试。完成了相控阵成像算法的硬件实现，并在硬件系统进行了板级测试。关键词：超声相控阵成像，波束形

6、成，编码激励，高速接口设计，FPGAI超声相控阵成像系统设计技术研究ABSTRACTUltrasonicphasedarray(UPA)technologyhastheadvantagesofintuitiveandreliabledetectionresults,andhighefficiencyofdetection,soitisaresearchhotspotinthefieldofnondestructivetesting.Inthispaper,amulti-channelandextensibleUPAimagingsystemis

7、designedanditisbasedonmodularizeddesign.Transmitandreceivebeamformingalgorithmisimplementedandverifiedinthehardwaresystem.Themainworkislistedasfollows:1.StudiedthebasicprincipleofUPAtransmissionandreceiving,andthreekeyperformanceindexesofultrasonicimagingwiththeirmaininfluen

8、cingfactors.Theinfluenceofthetransmissiondelayprecisiononthebeamformingisan