水声信号的高精度连续延时型FPGA实时波束形成器制造技术

本发明专利技术公开一种水声信号的高精度连续延时型FPGA实时波束形成器，包括如下FPGA子模块：(1)波束控制模块，用于控制其他子模块的工作状态；(2)向量(矩阵)乘法器模块，可以设置定点乘法器、加法器的工作模式；(3)通道数据存储模块，作为环形缓冲器存储采样数据；(4)取址存储模块，配置波束形成时延表；(5)系数存储模块，配置波束形成向量表。本发明专利技术通过FPGA芯片的部分资源组合以及模块例化使用，实现了高精度、连续实时采样下的波束形成，为目标估计和检测提供实时的低信噪比的多波束信号。检测提供实时的低信噪比的多波束信号。检测提供实时的低信噪比的多波束信号。

【技术实现步骤摘要】
水声信号的高精度连续延时型FPGA实时波束形成器


[0001]本专利技术涉及一种水声信号的高精度连续延时型FPGA实时波束形成器的实现，属于声纳信号处理


技术介绍

[0002]所谓数字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)技术是阵列天线和信号处理基础上发展起来的一项新技术，已广泛应用于声纳与雷达
一方面，通过对某个方向上做波束形成处理可以使信号在此方向上获得最大输出。另一方面，利用波束形成处理技术可以有效抑制空间干扰，提高信号的信噪比。DBF的基本思想是通过阵元接收数据进行加权处理以控制天线阵的方向函数，使天线阵方向图在期望信号方向产生高增益窄波束，在干扰信号方向产生较深的零陷，达到空域滤波的目的。所以波束形成系统是现代声纳的核心部件，是声纳具有良好的战术、技术性能的基础。水声信号利用数字波束形成技术可以实现水下抗干扰，增强角分辨率，增强信噪比等目的。同时波束的特性由波束的导向矢量所控制，方便实现机动处理，从而使声纳阵列具有较好的自适应校正和低副瓣性能。
[0003]目前波束形成的实现方法主要有两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水声信号的高精度连续延时型FPGA实时波束形成器，其特征在于，完全利用FPGA内部资源，具体实现包括如下功能模块：(1)波束控制模块，用于设置波束形成相关参数；(2)向量(矩阵)乘法器模块，用于设置定点乘法器、加法器的工作模式；(3)通道数据存储模块，作为环形缓冲器存储采样数据；(4)取址存储模块，配置波束形成时延表；(5)系数存储模块，配置波束形成向量表。2.根据权利要求1所述的声信号的高精度连续延时型FPGA实时波束形成器，其特征在于，所述波束控制模块中，采用如下设计来控制其他各模块的工作状态：通过有限状态机来控制当前时钟下计算的波束号、阵元号、延迟单元，各个存储器以及运算器工作使能、存储器的地址控制线、读写控制线；共设置如下5个状态：状态名：IDLE；功能：空闲态；跳转条件：一次采样，采样下所有通道的信号都存入通道数据存储器后跳转READY；状态名：READY；功能：准备态；跳转条件：一个时钟后跳转BEAM；状态名：BEAM；功能：波束计算态；跳转条件：需要的波束个数减一个时钟后跳转LAST_BEAM；状态名：LAST_BEAM；功能：波束完成态；跳转条件：一个时钟后跳转END；状态名：END；功能：结束态；跳转条件：一个时钟后跳转IDLE；当状态机处于BEAM态以及LAST_BEAM态时，波束号、延迟单元号循环自增，并且读存储器使能、运算器计算使能置1，同时将当前波束号、延迟单元号、读使能、计算使能等信号从波束控制模块传出给到向量(矩阵)乘法器模块、取址存储模块和系数存储模块。3.根据权利要求1所述的声信号的高精度连续延时型FPGA实时波束形成器，其特征在于，在所述向量(矩阵)乘法器模块中，采用如下设计来完成小数时延滤波和加权波束形成：使用M个乘法器以及M
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1个加法器，乘法器和加法器的连接形式为树状结构，叶子层为M个乘法器，每两个乘法器的输出端同时接一个加法器的输入端，每两个乘法器的输出端共同接一个加法器的输入端，最后一个加法器的输出端为树状结构根节点的输出，乘法器与加法器并行同时工作，协同完成向量内积运算；每个时钟可完成一次向量内积，多个时钟下分时计算，协同完成一次矩阵乘法。4.根据权利要求1所述的声信号的高精度连续延时型FPGA实时波束形成器，其特征在于，在所述通道数据存储模块中，采用如下方法缓冲采样数据，以满足时延要求：对于某一通道的采样数据，分配一个ram；当写数据时，读数据禁止，写地址wraddr_base从0开始计到最大，然后回到0继续写数据；当读数据时，写数据禁止，读地址是当前写地址为基址wraddr_base加上取址存储模块输出的读地址偏址rdad...

【专利技术属性】
技术研发人员：方衍，刘健建，方世良，
申请(专利权)人：南京世海声学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：