主动声呐系统中的FPGA应用技术

• 作 者: 徐露
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 主动声呐系统 数字信号 现场可编程门阵列 信号预处理

声呐是利用水下的声信号对水中目标进行探测、勘察和通讯的设备，是水声学中使用最广泛、最高效的装置[23]。声呐是各国海军进行水中监测利用的重要手段。对水中目标进行检测、分析、勘察和跟踪，声呐技术广泛使用于鱼雷制导、水雷引信，鱼群检测、船舶导航、水文勘测等。　　声呐系统可分为主动型声呐系统和被动型声呐系统，主动声呐设备是利用用声呐主动发射声波“照射”物体，之后接收水下物体反馈的回波，包含回波信号和目标参数。多数使用脉冲机制，也包括使用连续波机制的。它由简易的回声探测仪器变化而来，主动地发射信号，然后接受回波实施分析。　　FPGA，可编程逻辑门阵列，如今已经变成一门与数字信号处理密不可分的相关技术[2]。随着其器件规模及性能的不断提升，FPGA扮演了十分重要的角色，不同于通用的DSP处理器结构，FPGA内部集成了丰富的DSP功能单元以实现高速并行计算[11]。　　本文介绍了主动声呐系统中的若干算法在FPGA中的应用实现。在学习和分析现有主动声呐系统的发展趋势和工作方式后，选取了若干具有广泛实际应用价值和前沿性的应用技术，进行进一步的分析并提出一些较为创新的实现方式在FPGA进行实现[12]。本文首先讨论了主动声呐系统的工作方式及结构组成，信号的处理流程。在此基础上搭建了主动声呐系统信号预处理模块的系统架构，并对重要的规范和参数进行了定义[6]。其次，本文着重介绍了主动声呐系统信号预处理部分应用的技术和算法以及在FPGA实现的架构和方法[8]。最后，通过对信号预处理各模块结果数据进行仿真分析和讨论，评估各模块在FPGA上实现的性能。　　通过对结果的分析和讨论，验证了在FPGA上实现系统各模块算法的可行性，并符合工程上的设计要求，可以满足主动声呐系统在信号预处理部分对系统运算速度和数据传输的需求，可广泛应用于各种声呐设备。