基于圆柱阵的波束形成算法研究及FPGA实现

发布时间：2020-05-19 19:25

【摘要】：本论文来源于某水下目标定位系统,系统内现有定位浮标采用单水听器,作用距离较小。当需要对大海域覆盖时,只能使用多个浮标级联完成,无疑这将增加相应的布放回收难度,所以研究提高水声定位浮标作用距离具有实用价值。本文以此为切入点,研究论证了基于圆柱阵的波束形成算法提高定位浮标作用距离的可行性。分析探讨了几种典型波束形成算法的性能特点,然后在FPGA平台对算法进行了软件实现,完成了算法实现的性能评估与资源功耗分析。针对定位浮标接收的CW信号与LFM信号,波束形成算法的研究分为窄带、宽带两个方面进行。首先在理论上分析了窄带的常规波束形成、最低旁瓣波束形成、自适应波束形成和宽带的时域恒定束宽波束形成的特点与性能。波束形成算法的性能主要可以从三个方面体现:波束图、阵增益和稳健性。通过对几种波束形成算法的对比,得出其在不同工况下性能的优劣,然后结合CW信号和LFM信号的检测器,即notch滤波器与相关检测器,分析了波束形成对SNR_(in)-P_d曲线的影响。在完成理论分析后,针对上述波束形成算法权值的特点,在FPGA平台上进行软件实现。软件规划分为三种,对应常系数波束形成、自适应波束形成与时域宽带波束形成。软件经过功能划分,分为数据采集、希尔伯特变换、权值调度、波束形成、权值计算、数据传输、日志记录以及时域FIR滤波器组等若干模块,通过上述模块的组合即可实现预定功能。最后,在FPGA平台上对三种软件进行了测试,分析了计算的精度,对造成误差的原因进行了探讨,对不同软件消耗的资源、功耗进行了统计。
【图文】：

图 1.1 水下目标定位系统示意图于某工程项目，，该项目是用于测量加装了合作声信标基站和水声定位浮标两个分子系统组成；其中水声测信号检测和时延估计。目前，在良好水文条件下，单右[6]。若通过级联方式实现大范围覆盖需要增加浮标节

(a) (b)图 2.1 波束扫描示意图多波束预成的示意图，左图在水平空间预成 12 个波束，每间隔三维空间内的波束预成，为方便观察，仅仅绘制了 9 个波束，~ 210o方向，垂直开角60 ~120o o方向。经过波束预成后，将阵
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB56;TN791

【参考文献】

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本文编号：2671360