基于圖像聲納的數(shù)字信號(hào)處理算法FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、利用高頻段的聲波,成像聲納可以在幾百米的距離內(nèi)以更為直觀的圖像方式對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行成像,進(jìn)而完成探測(cè),追蹤,識(shí)別并建立數(shù)據(jù)庫(kù)等工作。目前已被廣泛應(yīng)用于水下目標(biāo)探測(cè)等諸多領(lǐng)域,發(fā)揮著日益重要的作用。
　　 具有高分辨率,實(shí)時(shí)成像等特點(diǎn)的成像聲納系統(tǒng),要求其處理器能夠以高速度高精度處理大量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。本文選用具有強(qiáng)大并行處理能力的現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)為核心處理器,就成像聲納系統(tǒng)的部分?jǐn)?shù)字處理處理環(huán)節(jié)進(jìn)行了研究。
　　

2、首先,研究了成像聲納系統(tǒng)中的前期數(shù)字信號(hào)預(yù)處理常用到的FIR(有限長(zhǎng)脈沖響應(yīng))濾波與復(fù)下變頻算法的結(jié)構(gòu)并將其在FPGA內(nèi)實(shí)現(xiàn)。FIR濾波器可以根據(jù)系統(tǒng)接收的是寬帶還是窄帶信號(hào)而靈活的設(shè)置濾波器的截止頻率等參數(shù),使所需信號(hào)通過(guò)。同時(shí)還可以通過(guò)增加其階數(shù)來(lái)獲得較陡的過(guò)渡帶,從而降低對(duì)前期模擬濾波器過(guò)渡帶的要求,進(jìn)一步提高濾波器的性能。復(fù)下變頻將實(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱芜厧У膹?fù)信號(hào),在后期用快速傅立葉變換(FFT)做波束形成時(shí),可以避免因?qū)嵭盘?hào)的雙邊帶

3、頻譜帶來(lái)的目標(biāo)模糊。
　　 其次,進(jìn)一步研究了實(shí)現(xiàn)波束形成的常用算法-快速傅立葉變換(FFT),設(shè)計(jì)了串行級(jí)聯(lián)和并行級(jí)聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)的FFT處理器。并分別就定點(diǎn)運(yùn)算與塊浮點(diǎn)運(yùn)算方案做了速度,資源和邏輯復(fù)雜度的比較,同時(shí)針對(duì)蝶形運(yùn)算的特點(diǎn)提出了一些優(yōu)化和改進(jìn)措施。實(shí)驗(yàn)證明并行級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)FFT可以對(duì)四倍于其工作頻率的輸入數(shù)據(jù)完成FFT轉(zhuǎn)換,大大提高了其處理速度。
　　 最后,完成了1Gbit容量的DDR2 sdram芯片控制器的框