前视声纳波束形成算法的FPGA实现

doi:10.3969/j.issn.1000-3428.2013.07.068

计算机工程 ›› 2013, Vol. 39 ›› Issue (7): 306-310. doi: 10.3969/j.issn.1000-3428.2013.07.068

前视声纳波束形成算法的FPGA实现

赵慎¹，乔纯捷¹，张朝明²，马超¹

(1. 国防科学技术大学机电工程与自动化学院，长沙 410073；2. 中国船舶重工集团公司第705研究所，昆明 650118)

收稿日期:2012-07-10 出版日期:2013-07-15 发布日期:2013-07-12
作者简介:赵慎(1983－)，男，博士研究生，主研方向：数字化测试，非线性信息处理；乔纯捷，副教授、博士研究生；张朝明，副研究员、硕士；马超，博士研究生

FPGA Implementation of Forward Looking Sonar Beamforming Algorithm

ZHAO Shen¹, QIAO Chun-jie ¹, ZHANG Chao-ming², MA Chao¹

(1. School of Mechatronics Engineering and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China; 2. The 705 Research Institute of China Shipbuilding Industry Corporation, Kunming 650118, China)

Received:2012-07-10 Online:2013-07-15 Published:2013-07-12

摘要/Abstract

摘要： 前视声纳通道数目多、采样频率高，获取方位和距离信息的运算量大，对信号实时处理能力要求较高。为此，利用现场可编程门阵列(FPGA)内部运算单元以及并行分布式运算结构，对原始图像中的正交下变频和波束形成算法的FPGA实现进行研究。建立前视声纳信号模型，对核心算法进行理论推导，并介绍FPGA实现方案中的难点，给出资源占用情况。通过水池实验和湖上静态实验，验证该算法具有实时运算的正确性。

关键词: 前视声纳, 多通道高采频, 正交解调, 波束形成, 现场可编程门阵列, 并行运算

Abstract: The characteristics of multiple channel and high sample frequency in forward looking sonar demands a heavy computation burden for azimuth and distance information processing, which sets a higher requirement for the real time computation. By the processing units and distributed operation in Field Programmable Gate Array(FPGA), the bottle-neck of speed can be resolved on a large scale. The paper mainly studies the implementation of quadrature demodulation and beam-forming algorithm applied for the original imaging information, based on FPGA. The signal model is established, and the core algorithm is derived. The difficultness in the implementation is presented, and the utilization of FPGA resources is provided. A validation of the processing schemes is conducted with real data in the tank and lake yielding accurate results.

Key words: forward looking sonar, multiple channel high sample frequency, quadrature demodulation, beamforming, Field Programmable Gate Array(FPGA), parallel computation

中图分类号:

TP39

赵慎, 乔纯捷, 张朝明, 马超. 前视声纳波束形成算法的FPGA实现[J]. 计算机工程, 2013, 39(7): 306-310.

DIAO Shen, JIAO Chun-Cha, ZHANG Chao-Meng, MA Chao. FPGA Implementation of Forward Looking Sonar Beamforming Algorithm[J]. Computer Engineering, 2013, 39(7): 306-310.

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