基于FPGA的主动声纳信号生成的方法及系统技术方案

本发明专利技术的基于FPGA的主动声纳信号生成的方法，属于水声探测技术领域，满足复杂水声信号参数设置灵活的需求。适用于与水上主动设备进行数据交互，所述方法包括：获取预设水声信号参数；根据所述预设水声信号参数生成对应的波形数据；确定所述波形数据的瞬时频率，用以预设水声信号的目标模型。预设水声信号的目标模型。预设水声信号的目标模型。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的主动声纳信号生成的方法及系统


[0001]本专利技术属于水声探测
，尤其涉及一种基于FPGA的主动声纳信号生成的方法及系统。

技术介绍

[0002]在水声探测、定位或对抗等声纳设备的研制过程中，水声信号模拟器的使用可以为设备样机提供调试环境，完成对关键性能指标的初步验证，加速了设备的研发、测试和维护的过程，缩短响应客户需求的时间。
[0003]传统水声信号模拟器通常针对某一类声纳设备进行研制，波形的生成机制也多采用波形预存、参数预置的方式。由于存在波形种类单一、参数设置不灵活的缺点，需要针对不同需求重二次开发或配置，限制了传统水声信号模拟器的复用价值，造成了资源的浪费。采用现代数字信号处理和实现的技术，设计一款集成了常用水声信号的模拟器，具备小型化、模块化和多功能的特点。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于FPGA的主动声纳信号生成的方法，满足复杂水声信号参数设置灵活的需求，适用于与水上主动设备进行数据交互，所述方法包括：
[0006]获取预设水声信号参数；
[0007]根据所述预设水声信号参数生成对应的波形数据；
[0008]确定所述波形数据的瞬时频率，用以预设水声信号的目标模型。
[0009]与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案包括以下有益效果：
[0010]本专利技术支持单频矩形脉冲、线性调频脉冲、双曲调频脉冲和高斯白噪声等常用的水声信号，同时支持对脉冲信号进行加窗函数处理。对于特殊信号波形，可以通过以太网接口将波形数据存储到系统的SD卡中，根据需要完成波形输出。本专利技术输出波形种类完善、精度高且波形参数设置灵活，满足开发不同种类水声设备的需要。
附图说明
[0011]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本专利技术流程图；
[0013]图2为本专利技术数据交互的示意图；
具体实施方式
[0014]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0015]需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本专利技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0016]还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0017]另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践方面。为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0018]如图1所示基于FPGA的主动声纳信号生成的方法，适用于与水上主动设备进行数据交互，测试海洋主动探测设备，例如，浮标，所述方法包括：
[0019]S101:获取预设水声信号参数，例如，波形类型和参数信息，具体的：
[0020]通过人机交互方式设置水声信号参数，人机交互设备内存储第一水声信号参数，第一水声信号参数包括有单频矩形脉冲(CW)、线性调频脉冲(LFM)、双曲调频脉冲(HFM)信号和带限高斯白噪声信号；
[0021]判断，通过人机交互获取的预设水声信号参数是否与第一水声信号参数相匹配，如是，直接生成对应的所述波形数据，如否，调用人机交互设备上的以太网接口与主控器进行数据交互，获取预设水声信号参数的所述波形数据，并存储在人机交互设备中的SD卡中。
[0022]S102:根据所述预设水声信号参数生成对应的波形数据，具体的，
[0023]确定双频信号的数学表达式，且满足：
[0024]其中
[0025]其中f
H
、f
L
分别是双频信号的起始和终止频率，例如，HFM双频信号，信号T为脉冲宽度，K为多普勒常数；
[0026]对上述的表达式进行预设次数的迭代计算并求导，迭代计算并求导的作用降低计算量复杂，不易以嵌入式的方式实现，为降低运算量，对数模型转换为乘除法运算模型，以确定瞬时频率，且满足：其中，B为相位累加器的相位数据位宽，f0为中心频率，t1＝t+T/2,0<t1<T。
[0027]HFM信号是一个扫频信号，在短的时间间隔内经历一定的带宽，有较高的带宽积(BT)，因此具有良好的脉冲压缩特性，易于检测，且能对抗水声信道的频率选择性衰落。此外，HFM因为更好的多普勒容忍性(Doppler
‑
tolerant)，或称为多普勒不敏感性(Doppler
‑
insensitive)，相比其他信号在移动通信中有更好的检测性能。
[0028]所述瞬时频率通过直接数字频率合成，确定出双频信号的波形数据。其次，瞬时频率的目的是通过查找表的方式替代传统数学计算方式，提高运算效率的同时还能保证分辨率。
[0029]S103:确定所述波形数据的瞬时频率，用以预设水声信号的目标模型,具体的，所述瞬时频率通过直接数字频率合成，确定出双频信号的波形数据。计算瞬时频率的目的是提高波形数据的频率分辨率，对频率的敏感度更致，致使水声信号的目标模型精度更高。
[0030]其次提供一种基于FPGA的主动声纳信号生成的的系统，如图2所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的主动声纳信号生成的方法，适用于与水上主动设备进行数据交互，其特征在于，所述方法包括：获取预设水声信号参数；根据所述预设水声信号参数生成对应的波形数据；确定所述波形数据的瞬时频率，用以预设水声信号的目标模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述预设水声信号参数生成对应的波形数据的方法：通过人机交互方式设置水声信号参数，人机交互设备内存储第一水声信号参数，第一水声信号参数包括有单频矩形脉冲、线性调频脉冲、双曲调频脉冲信号和带限高斯白噪声信号；判断，通过人机交互获取的预设水声信号参数是否与第一水声信号参数相匹配，如是，直接生成对应的所述波形数据，如否，调用人机交互设备上的以太网接口与主控器进行数据交互，获取预设水声信号参数的所述波形数据，并存储在人机交互设备中的SD卡中。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，预设水声信号参数为双频信号，确定所述波形数据的瞬时频率的方法包括：确定双频信号的数学表达式，且满足：其中其中f
H
、f
L
分别是双频信号的起始和终止频率，T为脉冲宽度，K为多普勒常数；所述表达式进行预设次数的迭代计算并求导，以确定瞬时频率，且满足：B为相位累加器的相位数据位宽，f0为中心频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅成，马丽锋，杨庆坤，赵新芳，陶新洲，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所，
类型：发明
国别省市：