基于ARM+FPGA声学反演系统几个关键问题的研究

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采用的近场声全息技术(NAH)的声学反演测试系统(简称声学反演系统)是结合声场结构特点及声源识别定位的一种新型智能检测系统,是近年来声学研究的热点,在汽车噪声检测与诊断技术领域,进行近场声全息测量及反演控制系统的研究,对抑制汽车噪声污染的处理和探知具有较大的现实的意义。而现行声学反演测量装置普遍存在处理系统庞大、操作复杂、价格昂贵等问题,难以推广应用。为了解决这些问题,我们致力研究探索一套基于嵌入式系统的声学反演系统,基于ARM微处理器和FPGA芯片的结合,以多球域波叠加法(WSA)近场声全息技术(NAH)为理论,将之前庞大的NAH声学反演系统进行小型化,通过嵌入式系统实现声学反演测试的快速性和便利性,间接降低设备成本,实现声学反演测试系统的工程实用性。而在研究这种嵌入式声学反演系统过程中,却难以突破几个关键问题:1)当将多虚拟球WSA的NAH技术运用在硬件上时,二维快速Fourier变换算法、广义矩阵求逆算法难以实现;2)反演计算结束后,难以将声学量的重建结果以三维方式在平面液晶显示屏(LCD)上给予准确显示。针对以上问题,本文将结合多虚拟球WSA的NAH技术、并行结构、数定标法、流水线设计法、参数化设计法,分别设计出基于FPGA并行高速32点2D-FFT处理器及高阶满秩矩阵求逆处理器,同时基于ARM设计出三维图像平面映射显示程序,以解决以上关键问题。另外,本文基本确定了反演系统的整体构架以及控制流程,且完成各分系统的功能构造及执行流程的设计,为反演系统的具体实现提供了技术支撑和理论保障。以下为每章内容的简要概括:第一章介绍了立项的研究背景以及NAH、声学反演系统及两种处理器的发展现状。第二章介绍了本项目的基础理论,介绍相关波叠加法的NAH技术及在技术的硬件实现上需要解决的关键性问题,明确本文的设计目标。第三章介绍了本项目总体硬件设计构造及系统中各部分硬件的设计构造、思路及流程。第四章和第五章介绍了本研究是如何利用Quartus II 13.0软件平台对2D-FFT算法及广义矩阵求逆算法进行IP核设计,并对设计内容和仿真效果给予相关展示和分析。第六章介绍了本研究的实验验证过程,通过相关实验平台对设计效果进行检测,将检测结果同Modelsim的仿真结果进行对比和分析,得出研究结论。第七章总结本文的研究成果,提出有待进一步研究解决的问题。
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