DSP在测井仪器中的应用

1、xian shiyou universityxian shiyou universityxian shiyou universityxian shiyou university dsp在测井仪器中的应用 西安石油大学 严正国 什么是 dsp？ digital signal processing, dsp 数字信号处理 digital signal processor, dsp 数字信号处理器 什么是dsp？ digital signal processing, dsp 数字信号处理 通过各种数学变换、运算，提取、增强数字信 号中的有用信息，抑制或消除噪声。 常用的数字信号处理方法 相关 卷积

2、傅立叶变换 拉普拉斯变换 z变换 dttfsf e st 0 )( n n n znxzx dttff e tj )( dtgftgtf)()()(*)( dttxtxrx)()()( 数字信号处理应用 信号 整形、滤波、检测、提取、谱分析等 信息 编码/解码、加密/解密、检错纠错等 图像 压缩/解压、增强、识别等 什么是dsp？ digital signal processor, dsp 数字信号处理器 一种智能微处理器，能够高效的进行各种数字 信号处理运算。 什么是dsp？ 数字信号处理就是两个序列的乘加运算 1 0 n n nynx 1.读取两个操作数； 2.乘法累加运算；3.循环 哈佛

3、结构 harvard architecture dm和pm具有各自独立的数据总线和地址总线，可以同时访问dm 和pm 乘法累加器 multiplier accumulator(mac) 单周期乘法累加指令 mr(40)=mr(40)mx(16)*my(16) 扩展的动态范围 连续的256次乘加运算不会溢出 零开销循环 zero-overhead looping 循环开销循环开销50%50% 循环开销循环开销0%0% 循环寻址和位反转寻址 modulo addressing and bit-reverse addressing 循环寻址： 循环缓冲区 i0=buffer; m0=1; l0=le

4、ngth (buffer) 位反转寻址： fft蝶形运算时序列倒序 定点和浮点 fixed-point vs. float-point 定点：定点：小数点位置固定，只能处理整数，多为16 位处理器。 指令执行速度快，器件成本低，功耗低，运 算密集型的应用实现算法复杂，开发成本高。 浮点：浮点：小数点位置浮动，多为32位处理器。 采用类似科学技术法的表示方法，由尾数和 指数两部分组成。 例如：a x 2b, where a is the mantissa and b is the exponent 便于实现复杂的运算和算法，开发成本低， 器件成本高，功耗较定点大。 原码和补码 无符号整数 uns

5、igned interger dddd dddd dddd dddd 有符号数：interger sddd dddd dddd dddd s-符号位 d-数据位 正数采用原码，负数采用补码。 按位取反加1 dsp应用系统 采集：a/d转换，同步采样，菊花连，过采样 处理：累加平均，相敏检波 传输：sport，uart，can，dtb ad转换 逐次逼近型，sar 最高18位，最快5msps。 流水线型，pipeline 最高24位，最快500msps。 delta-sigma型 精度最高，超过24位，最高2.5msps。 flash型 速度最快，超过1gsps，位数一般不超过8位 同步采集-多

6、片ad （菊花链daisy-chain） 同步采样-双采样保持器 同步采样-时序控制同步 dsp+cpld 在许多应用系统中，常采用dsp+cpld的方 案，结合dsp强大的数字信号处理能力与cpld 硬件可编程的优点。 cpld用于产生系统的各种同步和时序信号， dsp用于进行信号采集、处理和传输控制。 过采样技术 所谓过采样就是指以远远高于奈奎斯特（nyquist）采 样频率的频率对模拟信号进行采样。 过采样可以降低基带内量化噪声功率谱密度，提高信 噪比。 时域采样积分、平均 采样积分/平均算法就是利用噪声信号是随机的，其均 值为零的特性，对同一样点进行多次采样累加或平均来压 制噪声，从而

7、提高信噪比的方法。 采样信号经m次测量并积分的测量信噪比： io snrm n s m mn ms snr)()( 2 信噪比改善：m snr snr snir i o )( )( 相敏检波 )sin()( s 0 tat )( s t 0 )()( s)( 0 2 0 0 0 tdetjs tj )()sin()cos(sin( 0 2 0 000 tdtjtta 2 0 2 0 000000 )()sin()sin()cos()sin(tdttjatdtta 2 0 0000 2 0 )(cos)2cos( 2 1 sin)2sin( 2 1 tdtjatdta 2 0 0 2 0 0 )

8、(cos 2 )(sin 2 td a jtd a 2cos 2 2sin 2 a j a cossinjaa 设待检测信号 ，对在一个周期内进行 ，则有： = = = = = = 傅立叶变换，并取 jqp = 相敏检波 )( s t)( s nn s f 0 t nts ss ft1 00 2t 对进行采样后变为，采样长度为，采样频率为 。则采样的周期数为。其中，为采样间隔， ，为信号周期。采样后的信号 )2sin()ntsin()( s 0 s0 n f f aan s ， n=0，1n-1 n f f ntn s s 0 0 2coscos)cos(n f f n s 0 2sin)sin( 1 0 coss 2 sin n nn n ap 1 0 sins 2 cos n nn n aq 令 可得： 数字相敏检波 22 22 cossinqpaaa q p arctg 可求得： 数字相敏检波 dsp开发工具 书写规范的代码 使用头文件 使用宏和函数 注释 基于dsp+cpld的电缆遥测技术