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多波束成像声纳信号处理机的设计与FPGA实现
| 论文题名： | 多波束成像声纳信号处理机的设计与FPGA实现 |
| 关键词： | 多波束成像声纳信号处理机;同步采集;乒乓操作;流水线;乘法器 |
| 摘要： | 海洋资源开发和海况监测等需求的发展使得水下声成像技术愈来愈重要,特别是在较浑浊的水域,更需要使用高分辨率成像声纳系统。为了提高成像声纳在分辨率、体积以及实时性方面的性能,本文设计并实现了具有高达180路接收信号的高速数字多波束成像信号处理机。 本文主要的工作如下: 首先,根据系统设计指标确定了成像声纳信号处理机的系统架构。 第二,对多波束形成进行了算法仿真与分析。基于圆阵提出了一种计算量小,占用内存少,能产生高数量密集波束的旋转多波束形成方法,该方法通过阵元等效弦的转动,采用同一组加权系数矢量产生90个波束,与常规移相多波束形成相比,可使存储需求降低两个数量级,特别适用于多焦点近场聚焦的场合。 第三,在FPGA上构建了整个信号处理机系统:根据接收的命令进行水下系统控制,完成180通道回波信号的同步采集,并进行数字多波束形成处理实时产生波束数据用于成像显示。通过多通道多系数复用乘法器和模块复用技术,分别采用234个(180倍复用)和24个(8190倍复用)乘法器,完成了180通道实虚部数据的FIR滤波和538个波束形成,保证实时性的同时减少了硬件开销;并通过乒乓操作、流水线作业与并行处理相结合的技术,提高系统处理速度,实时产生高达538个窄波束,保证了成像声纳的高分辨率。 最后,对成像声纳信号处理机系统进行了大量的水池测试验证,测试结果表明,该处理机实现了90°视野范围内的538个窄波束覆盖,波束图像能够达到1.1°的方位分辨率和2.5cm的距离分辨率,具有实时性好、成像分辨率高、系统工作稳定等特点。 |
| 作者： | 黄慧 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 汪飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 南京航空航天大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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