基于FPGA的16通道超聲相控陣控制系統(tǒng)的研究的中期報(bào)告

基于FPGA的16通道超聲相控陣控制系統(tǒng)的研究的中期報(bào)告中期報(bào)告一、研究背景及意義超聲診斷是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)常用的非侵入性診斷技術(shù)之一，具有無輻射、成本低、操作簡便、診斷效果準(zhǔn)確等特點(diǎn)。超聲的圖像質(zhì)量和對(duì)檢查器官的顯示能力在很大程度上取決于相控陣的效果。傳統(tǒng)的相控陣控制采用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），同時(shí)在推動(dòng)器芯片與收集器芯片分別使用固定功能的可編程門陣列（FPGA）芯片。本項(xiàng)目旨在構(gòu)建一個(gè)新型的相控陣控制系統(tǒng)，通過使用單個(gè)FPGA，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)超聲相控陣控制流程的集成。二、研究內(nèi)容本研究基于最新的FPGA芯片，對(duì)16通道超聲相控陣控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：1.探頭設(shè)計(jì)與信號(hào)發(fā)射：選擇合適的超聲探頭，在FPGA芯片內(nèi)部生成探頭的發(fā)射脈沖信號(hào)，控制探頭發(fā)射超聲波信號(hào)。2.超聲信號(hào)接收：通過探頭接收超聲信號(hào)，并進(jìn)行放大處理，將得到的信號(hào)通過FPGA芯片進(jìn)行采樣。3.相控制：實(shí)現(xiàn)相位差控制，對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)波束的轉(zhuǎn)向。4.掃描圖像顯示：在FPGA芯片中構(gòu)建圖像顯示模塊，通過對(duì)處理后的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，最終顯示出超聲掃描圖像。5.系統(tǒng)綜合：將上述模塊進(jìn)行整合，形成完整的16通道超聲相控陣控制系統(tǒng)。三、進(jìn)展情況目前，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)完成了16通道超聲相控陣控制系統(tǒng)的整體框架設(shè)計(jì)和FPGA芯片的選型，已經(jīng)完成了探頭設(shè)計(jì)與信號(hào)發(fā)射模塊、超聲信號(hào)接收模塊。采用基于FPGA芯片的電纜方式進(jìn)行傳輸實(shí)現(xiàn)工作。其中：1.探頭設(shè)計(jì)與信號(hào)發(fā)射：本研究采用三角形劃分法設(shè)計(jì)探頭，使用FPGA芯片產(chǎn)生新的發(fā)射信號(hào)，通過超聲探頭發(fā)射超聲波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)探頭的工作。探頭的發(fā)射信號(hào)主要包括強(qiáng)度、相位等多個(gè)參數(shù)。2.超聲信號(hào)接收：實(shí)現(xiàn)了探頭對(duì)超聲信號(hào)的接收，并進(jìn)行放大處理，在FPGA芯片中進(jìn)行采樣，得到相應(yīng)的采樣數(shù)據(jù)。此外，本研究還實(shí)現(xiàn)了對(duì)采樣數(shù)據(jù)的緩存存儲(chǔ)功能，可避免數(shù)據(jù)的丟失。三、存在問題1.目前控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度較慢，需要在控制信號(hào)的發(fā)射處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊上進(jìn)一步優(yōu)化。2.超聲掃描圖像的質(zhì)量需要進(jìn)一步提高，需要對(duì)圖像處理算法進(jìn)行優(yōu)化。四、展望與計(jì)劃在未來的研究中，研究團(tuán)隊(duì)將重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面：1.進(jìn)一步優(yōu)化探頭設(shè)計(jì)與信號(hào)發(fā)射模塊，更好地控制探頭發(fā)射超聲波信號(hào)，并提高探頭的工作效率。2.優(yōu)化超聲信號(hào)接收模塊，提高信號(hào)的精度和質(zhì)量，減少信號(hào)的噪聲。3.對(duì)相控制功能進(jìn)行優(yōu)化，提高相位旋轉(zhuǎn)的速度以及相位旋轉(zhuǎn)的精度，從而實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)的波束轉(zhuǎn)向。4.完善超聲掃描圖像處理算法，提高圖像的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的超聲診斷。5.整合已有模塊，最終形成完整系統(tǒng)。同時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面測試，以驗(yàn)證其