[发明专利]基于FPGA实现的智能多波束形成系统

说明书

本发明涉及一种基于FPGA实现的智能多波束形成系统，该系统基于带通采样原理，采用时域波束形成，在单片FPGA内灵活实现圆弧阵和线阵的波束形成，该系统包括波束形成相位补偿系数生成器；波束形成延迟系数生成器；波束形成数据存储器；波束形成正交解调模块；波束形成低通滤波模块；波束形成延迟控制器；波束形成相位补偿控制器；千兆网口控制器。本发明还涉及该系统在声纳设备中的应用，采用了该系统的声纳，具有简单化、模块化、智能化的特点。

技术领域

本发明涉及多波束声纳的波束形成技术领域。具体地，涉及一种基于FPGA实现的智能多波束形成系统。尤其地，在基于FPGA处理系统的高分辨率多波束图像声纳中的设计与实现。

背景技术

高分辨率多波束图像声纳的种类较多、应用广泛，可用于水下环境监测、水坝渗漏检测、航行中前视避障、水下反恐警戒等等。其中高分辨率多波束图像声纳具有窄波束、短脉冲、高数据刷新率、图像清晰稳定等特点，性能优势明显且具有更广阔的应用前景。但由于数字成像系统数据运算量大、需要实时成像等特点，对处理器性能要求很高；采用大规模FPGA为核心器件实现多波束图像声纳的波束形成，不仅提高了整体性能，同时其系统结构简单且小型。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的高分辨率图像声纳波束形成的实现框图；

图2是本发明的波束形成系统的正交解调和低通滤波实现框图；

图3是本发明的波束形成系统的远场环境下波束仿真示意图；

图4是本发明的波束形成系统的近场环境下波束仿真示意图；

图5是本发明的波束形成系统的时延补偿模块实现框图；

图6是本发明的波束形成系统的复数乘法实现框图；

图7是本发明的波束形成系统的累加模块实现框图。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在高速处理芯片FPGA内完成图像声纳的多波束形成算法，实现图像质量优质，成像速度快，体积小，便于携带等特点。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于FPGA实现的智能多波束形成系统，其特征在于，所述的系统包括：

波束形成数据存储器：对参与波束形成的带通采样的多通道数据进行整理，将并行输入的多通道数据根据处理需要串行输出，利用FPGA资源，提高波束形成的实时性；

波束形成正交解调模块：根据带通采样原理，对串行输入的多通道数据进行流水处理，完成频谱搬移，产生数据标志位；

波束形成低通滤波器：设计滤波器系数，实现多通道数据的低通滤波，根据信号动态范围选取数据有效位，避免数据溢出；

延迟系数存储器：根据声纳接收前端布阵参数，产生延迟系数，并根据圆阵与线阵的特点，完成延迟系数的存储；

波束形成延迟控制器：与波束形成低通滤波器、系数存储器相连，完成数据延迟；

相位补偿系数存储器：根据声纳接收前端的布阵方式，产生相位补偿系数，并根据圆阵与线阵的特点，完成相位补偿系数的存储；

波束形成相位补偿器：与所述的波束形成延迟器、相位补偿系数存储器相连，完成相位补偿；

千兆网口控制器：与波束相位补偿器相连，送出波束形成数据，同时与延迟系数存储器、相位补偿系数存储器相连，接收控制命令。

优选地，所述FPGA为单片Xilinx公司Virtex-5系列芯片XC5VSX95T；