多波束信號實(shí)時處理技術(shù)研究.pdf

1、隨著多波束測深技術(shù)的不斷變革,新型的多波束測深系統(tǒng)向著小型化、多功能、高精度、高集成、綜合化和標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。本文主要致力于多波束測深系統(tǒng)中波束形成算法的研究及FPGA實(shí)現(xiàn)。
　　 首先,以等間隔線陣和平面陣為基陣模型,分別介紹了CBF算法、DFT波束形成算法以及FIM波束形成算法。仿真和分析結(jié)果表明:FIM算法的主瓣寬度比CBF算法窄,DFT算法運(yùn)算效率最高。
　　 其次,討論了發(fā)射波束形成方案,針對延時失配誤差,采用

2、了基于D/A輸出時鐘的發(fā)射粗延時和基于DDS原理的發(fā)射細(xì)延時相結(jié)合的相控發(fā)射技術(shù)。粗延時分辨率為0.098μs,細(xì)延時達(dá)到了0.09°的相位分辨率,對應(yīng)50 kHz發(fā)射信號下4.88ns的相位延時,實(shí)現(xiàn)了高精度的相控發(fā)射。
　　 再次,基于接收波束形成系統(tǒng)的高精度實(shí)現(xiàn)方案,對浮點(diǎn)加法器,浮點(diǎn)乘法器的深度流水線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。經(jīng)過仿真驗(yàn)證:在Virtex-4系列FPGA上,最高運(yùn)行頻率較Xilinx的IP核分別提高了10％、3

3、5.5％。
　　 然后,以“V”型平面陣為基陣模型,討論了接收波束形成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案,包括數(shù)據(jù)緩沖器、Hilbert變換器以及常規(guī)波束形成器的設(shè)計。仿真結(jié)果表明:接收波束形成器的最高運(yùn)行頻率達(dá)到了203.75 MHz,能在2.5μs內(nèi)完成一個時間片的波束掃描,滿足了系統(tǒng)實(shí)時性的要求。
　　 接著,討論了基于FPGA的DFT波束形成簡化算法和實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),包括存儲單元、地址產(chǎn)生單元以及蝶形運(yùn)算單元的設(shè)計。仿真結(jié)果表明:系統(tǒng)的最