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自主火星离子与中性粒子分析仪数据压缩算法设计

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空间科学学报 2023年第1期43卷 129-136页

作者：郑香脂张爱兵孔令高 WIESER Martin KALLA Leif 仇通胜王文静田峥中国科学院国家空间科学中心北京100190 天基空间环境探测北京市重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 Swedish Institute of Space Physics Kiruna 98192

火星离子与中性粒子分析仪共设计10种在轨探测模式,不同探测模式下数据率不同,多种探测模式下数据量远超出最大下行数据率的限制。为降低数据率,利用仪器内部FPGA有限的资源对压缩处理方法进行了详细设计。通过分析仪器数据特点,火星离... 详细信息

火星离子与中性粒子分析仪共设计10种在轨探测模式,不同探测模式下数据率不同,多种探测模式下数据量远超出最大下行数据率的限制。为降低数据率,利用仪器内部FPGA有限的资源对压缩处理方法进行了详细设计。通过分析仪器数据特点,火星离子与中性粒子分析仪压缩算法采用合并处理、对数压缩和无损压缩三种压缩算法组合。对于每种探测模式,FPGA程序可根据压缩标志选择相应压缩算法,实现三种压缩算法串行使用,或选择其中一种或两种算法。并且压缩标志可通过注入指令改写,实现在轨时根据需求灵活配置。合并处理压缩比为2或4,对数压缩的压缩比为2,无损压缩效率与样本数据间的相关性有关。在此基础上,利用等离子体定标测试系统完成了地面测试。测试结果表明,各探测模式下科学数据经过压缩后数据率满足任务指标要求。

关键词：火星探测离子中性粒子数据合并对数压缩无损压缩

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高速的血管内超声数据传输及成像

计算机应用 2014年第10期34卷 3020-3023页

作者：吴米龙邱维宝刘宝强池利阳牟培田李小龙郑海荣桂林电子科技大学计算机科学与工程学院广西桂林541004 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳518055

血管内超声(IVUS)成像技术能提供动脉粥样斑块的组织信息,便于医生对血管病变作出全面、准确的评价,已广泛应用于心血管疾病的诊断。针对现有的超声数据采集装置在传输速度、成本、灵活性等方面的不足,提出并实现了一种高速的血管内超... 详细信息

血管内超声(IVUS)成像技术能提供动脉粥样斑块的组织信息,便于医生对血管病变作出全面、准确的评价,已广泛应用于心血管疾病的诊断。针对现有的超声数据采集装置在传输速度、成本、灵活性等方面的不足,提出并实现了一种高速的血管内超声成像数据传输及成像方法。采集到的血管内超声信号经过处理后通过高速USB3.0接口传输到PC端,再进行对数压缩以及坐标变换等操作,最后实时显示图像。实际传输速率统计显示,传输速度稳定在2040 Mb/s上下。血管仿体成像实验中管壁组织清晰、内腔轮廓平滑。

关键词：血管内超声成像 USB3.0数据传输对数压缩坐标转换二维平面插值

基于FPGA的数字化眼科超声成像中信号处理算法的研究与实现

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中国医疗器械杂志 2015年第1期39卷 1-4页

作者：方思敏周盛王晓春叶青盛田玲计建军王延群北京协和医学院中国医学科学院生物医学工程研究所天津市300192 天津市眼科医学设备技术工程中心天津市300384

目的基于FPGA对眼科超声诊断仪中的信号处理算法进行设计和改进。方法在Quartus II中用Verilog HDL硬件语言实现全并行分布式动态滤波、数字正交检波、二叉树法对数压缩三大信号处理模块。结果相对原有系统,硬件开销减少,整体成像更为清... 详细信息

目的基于FPGA对眼科超声诊断仪中的信号处理算法进行设计和改进。方法在Quartus II中用Verilog HDL硬件语言实现全并行分布式动态滤波、数字正交检波、二叉树法对数压缩三大信号处理模块。结果相对原有系统,硬件开销减少,整体成像更为清晰,眼球深部的信息更为完整,探测深度由原来的5 cm提高到6 cm。结论所设计的算法达到了设计要求,能够有效提高现有设备的成像质量,实现了系统优化。

关键词：眼科超声数字信号处理动态滤波正交检波对数压缩

开放式超声成像系统的信号采集与传输平台设计

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开放式超声成像系统的信号采集与传输平台设计

作者：杨飞重庆大学

学位级别：硕士

超声成像由于其灵活性高、实用性强、检测结果直观等优点,在无损检测领域应用广泛。在一些新兴的超声无损检测应用领域,如复合材料粘接质量检测、电力绝缘子疲劳损伤评估等,设备和材料的缺陷形成原因以及老化机理与既有行业不同。需要... 详细信息

超声成像由于其灵活性高、实用性强、检测结果直观等优点,在无损检测领域应用广泛。在一些新兴的超声无损检测应用领域,如复合材料粘接质量检测、电力绝缘子疲劳损伤评估等,设备和材料的缺陷形成原因以及老化机理与既有行业不同。需要根据行业应用特点,结合采集的原始超声射频(RF)数据进行研究和分析,从而提出更加合理的成像方法和缺陷评估方式。尽管目前国内超声的理论研究和商用超声设备逐渐完善,但缺乏性能优异、可灵活应用于各种新兴无损检测领域科学研究的开放式超声成像设备。针对以上情况,本文结合国内外超声成像无损检测设备的特点、科学研究及实际应用的需求,研制了基于“AFE+FPGA+DSP+USB3.0”架构的便携型32通道开放式超声成像系统的信号采集与传输平台。该平台能够灵活读取各通道实时射频数据和数字信号处理过程中关键环节的原始数据,用于设备和材料的缺陷形成原因以及老化机理的研究。本文对信号采集与传输平台的硬件进行了设计和测试,并对超声成像算法在FPGA的实现进行了研究,具体工作如下:(1)研究并提出开放式超声成像系统的信号采集与传输平台硬件设计方案,将系统硬件分为超声发射电路板和超声接收电路板两部分进行设计。完成超声前端发射电路、高速数据采集电路、高精度时钟电路、FPGA核心电路、USB3.0接口电路等硬件电路的原理图和PCB设计。对硬件电路进行测试,系统各个硬件模块能够正常工作。(2)设计了基于FPGA和DSP的超声回波信号处理与控制程序,包括:超声回波接收控制FPGA程序、超声回波数字信号处理FPGA程序、USB3.0的FPGA控制程序以及系统DSP控制程序等。完成了超声接收电路板上32通道600Mbps的LVDS信号串并转换;实现了灵活读取各通道实时射频数据和数字信号处理过程中关键环节的原始数据;完成了硬件平台与上位机的USB3.0数据高速稳定传输,使用USB3.0芯片的官方软件Streamer测得实时传输速率约为304Mbyte/s。(3)设计了融合动态孔径的误差约束分段聚焦方法在FPGA中的实现方案。在MATLAB软件下对相关算法进行仿真,将探测声场在10ns的误差约束下共分为61段聚焦区域,并将得到的延时聚焦参数和分段边界参数用于FPGA电路设计,从而完成超声回波信号接收分段聚焦。(4)将CORDIC算法应用于超声成像系统的对数压缩处理,提出了基于运算融合的扩展双曲CORDIC算法定点数优化方法在FPGA电路设计中的实现方案。利用CORDIC算法在双曲坐标系向量模式下的运算特点实现对数运算。结合扩展双曲CORDIC算法和本系统中超声数据特点,选择了合适的扩展收敛域条件。在MATLAB软件下对算法进行仿真,并对扩展双曲CORDIC算法进行了误差分析。在FPGA的电路设计中采用基于运算融合的扩展双曲CORDIC算法定点数优化方法进行对数压缩处理,能够避免浮点数运算和后续乘除法运算。通过流水线架构的设计方式完成了算法在FPGA中的电路实现,并对FPGA的输出结果进行了分析。FPGA的对数压缩处理结果与理论值的最大相对误差的绝对值仅为0.14%,满足设计需求。

关键词：超声检测分段聚焦波束合成 CORDIC算法对数压缩

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宽带数字接收机动态范围扩展方法研究

电子世界 2017年第15期 25-26页

作者：侯智鹏赖剑平练平中国电子科技集团公司第二十九研究所

宽带数字接收机的动态范围目前是制约系统能力的关键指标,本文首先分析了影响宽带数字接收机动态的四个因素,然后针对每一个因素提出了针对性的解决方案和思路。最后进行了小结。

关键词：宽带数字接收机动态范围并行采集对数压缩杂散抑制