基于FPGA的浅地表电磁探测实时数据处理技术研究

发布时间：2023-03-25 04:53

　　随着近年来城市化的高速发展和人类活动的愈发频繁,线路铺设、考古挖掘、地质勘探等浅地表探测活动逐渐成为研究热点。对地表浅层进行勘探、检测等活动经常采用探地雷达、频率域电磁法和时间域电磁法等方法,其中频率域电磁法与其他两者相比,具有信噪比高,抗干扰能力强,工作成本低等优势而被广泛运用。本文总结了浅地表电磁探测的基本原理和工作流程,在吉林大学自主研制的浅地表频率域电磁探测系统的基础上,为了提高系统整体的实时性,设计了基于FPGA的实时数据处理系统。利用FPGA的并行处理特性,替代系统原有的数字处理模块DSP实现正交锁定放大算法,基于FPGA+STM32架构,设计浅地表电磁探测系统,在数据采集的同时进行数据处理,对浅地表内的金属异常体进行探测。本文主要研究内容如下:1、数据采集及前端调理电路研究。基于高等电路和模数转换理论设计前端数据快速采集系统,保证了信号精度和传输速度。2、数字信号处理技术。基于微弱信号检测原理,采用数字锁相中的正交锁定放大技术对微弱电磁信号进行相位幅值分析,得到浅地表信息上传至上位机从而辨别出地表内是否存在金属异常体。3、高效控制单元研究。采用FPGA+STM32的架构,...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文主要研究内容
第2章 浅地表电磁探测原理及系统总体设计
    2.1 浅地表电磁探测原理
        2.1.1 电磁波在地下介质的传播特性
        2.1.2 电磁探测系统工作原理
    2.2 微弱信号检测原理
        2.2.1 常见噪声分析
        2.2.2 锁相放大器基本原理
        2.2.3 正交锁定放大技术
    2.3 探测系统总体设计
    2.4 本章小结
第3章 数据采集与实时处理技术研究
    3.1 前端调理电路技术研究
        3.1.1 放大滤波电路设计
        3.1.2 高效模数转换技术
    3.2 FPGA内部数据传输和处理模块总体设计
        3.2.1 FPGA开发平台
        3.2.2 内部关键模块总体设计
    3.3 基于FPGA的数据传输单元设计
        3.3.1 SPI接口设计
        3.3.2 数据传输单元设计
    3.4 基于FPGA的正交锁定放大算法设计
        3.4.1 双精度浮点数储存方式
        3.4.2 数据缓存FIFO设计
        3.4.3 数据处理单元设计
        3.4.4 浮点数运算模块测试
    3.5 FPGA内部其他模块设计
        3.5.1 发射控制模块设计
        3.5.2 译码电路模块设计
        3.5.3 数据拆分模块设计
    3.6 本章小结
第4章 控制存储单元及系统流程设计
    4.1 基于STM32 的软件开发平台介绍
        4.1.1 STM32 芯片选型
        4.1.2 Eclipse开发平台
        4.1.3 FreeRTOS操作系统和FatFS文件系统的使用
    4.2 控制单元设计
        4.2.1 主控单元总体设计
        4.2.2 FSMC总线技术
        4.2.3 矿化反应及其校正技术
    4.3 本章小结
第5章 实验测试与分析
    5.1 硬件电路测试
    5.2 系统实时性对比测试
    5.3 金属异常体对比测试
    5.4 测试结果分析
第6章 全文总结及建议
    6.1 全文总结
    6.2 下一步工作建议
参考文献
在学期间所取得的科研成果
作者简介
致谢



本文编号：3770581