基于FPGA的超聲波信號處理研究

對于a(n)的高位組合，單位積P2可以建立同樣的組合表。將P1和P2移位相加，即可得到濾波器的輸出結果。在此例中采用的是2位二進制的權系數和輸入樣本，對于高精度的權系數和輸入樣本，只不過是增加更多的單位積P3，P4，…等等。
實際操作過程中，基于FPGA的FIR濾波器通過三步完成，第一步將輸入信號x(n)進行移位延遲，形成n階抽頭，再將相互對稱的抽頭相加得到濾波器抽頭；第二步在FPGA中構造ROM，按前一步產生的濾波器抽頭進行查表運算；最后將所有位的查表運算結果移位相加得到濾波器輸出y(n)。

3 試驗結果分析
采用Altera公司的FPGA器件EPF10K30實現10階的帶通FIR濾波器進行試驗。A／D采樣頻率為40 MHz，精度為12位，聲波中心頻率為5M-Hz。A／D采樣得到的原始聲波信號如圖3所示。經過FIR濾波器處理后的聲波信號如圖4所示。

試驗結果表明，采用FPGA實現的FIR濾波器有效地消弱了噪聲干擾，在保證實時性的基礎上，為后期處理提供了可靠的數據。

4 結論
針對超聲波信號中的噪聲采用基于FPGA的FIR濾波，提高了硬件電路的集成度，并取得了良好的消噪效果。在硬件實現過程中采用查表方法替代濾波過程中的乘法運算，節省了占用的片內資源，提高了處理速度。同時由于采用了并行硬件算法，其處理速度遠高于CPU或DSP上的程序處理速度。