基于FPGA的16通道超声相控阵控制系统的研究的中期报告中期报告一、研究背景及意义超声诊断是现代医学常用的非侵入性诊断技术之一，具有无辐射、成本低、操作简便、诊断效果准确等特点。超声的图像质量和对检查器官的显示能力在很大程度上取决于相控阵的效果。传统的相控阵控制采用数字信号处理器（DSP），同时在推动器芯片与收集器芯片分别使用固定功能的可编程门阵列（FPGA）芯片。本项目旨在构建一个新型的相控阵控制系统，通过使用单个FPGA，实现对整个超声相控阵控制流程的集成。二、研究内容本研究基于最新的FPGA芯片，对16通道超声相控阵控制系统进行设计。具体设计包括以下几个方面：1.探头设计与信号发射：选择合适的超声探头，在FPGA芯片内部生成探头的发射脉冲信号，控制探头发射超声波信号。2.超声信号接收：通过探头接收超声信号，并进行放大处理，将得到的信号通过FPGA芯片进行采样。3.相控制：实现相位差控制，对原始信号进行相位旋转，实现波束的转向。4.扫描图像显示：在FPGA芯片中构建图像显示模块，通过对处理后的采样数据进行图像处理，最终显示出超声扫描图像。5.系统综合：将上述模块进行整合，形成完整的16通道超声相控阵控制系统。三、进展情况目前，研究团队已经完成了16通道超声相控阵控制系统的整体框架设计和FPGA芯片的选型，已经完成了探头设计与信号发射模块、超声信号接收模块。采用基于FPGA芯片的电缆方式进行传输实现工作。其中：1.探头设计与信号发射：本研究采用三角形划分法设计探头，使用FPGA芯片产生新的发射信号，通过超声探头发射超声波信号，实现探头的工作。探头的发射信号主要包括强度、相位等多个参数。2.超声信号接收：实现了探头对超声信号的接收，并进行放大处理，在FPGA芯片中进行采样，得到相应的采样数据。此外，本研究还实现了对采样数据的缓存存储功能，可避免数据的丢失。三、存在问题1.目前控制系统的响应速度较慢，需要在控制信号的发射处理模块和数据处理模块上进一步优化。2.超声扫描图像的质量需要进一步提高，需要对图像处理算法进行优化。四、展望与计划在未来的研究中，研究团队将重点关注以下几个方面：1.进一步优化探头设计与信号发射模块，更好地控制探头发射超声波信号，并提高探头的工作效率。2.优化超声信号接收模块，提高信号的精度和质量，减少信号的噪声。3.对相控制功能进行优化，提高相位旋转的速度以及相位旋转的精度，从而实现更加精准的波束转向。4.完善超声扫描图像处理算法，提高图像的质量，实现更加准确的超声诊断。5.整合已有模块，最终形成完整系统。同时，需要对系统进行全面测试，以验证其工作的准确性和稳定性。基于以上计划，研究团队将继续推进16通道超声相控阵控制系统的研究，实现高效、精准的超声诊断。