非法作业监听设备信号处理系统测向算法FPGA设计
本文选题:浮标监听设备 + MVDR测向 ; 参考:《浙江大学》2016年硕士论文
【摘要】:我国进行海上维权执法主要依靠定期巡航的方式,执法手段单一,同时存在信息获取滞后、不全面和执行成本高等问题。以浮标为平台的长期无人值守的水上监听设备可以长时间的远程探测、跟踪及指示目标活动方位,对维护国家海洋权益具有重要意义。本文以Xilinx Zynq可编程SoC为平台,实现了非法作业监听设备信号处理系统的测向算法,不仅可以有效分辨远距离目标,同时系统具有集成度高、运行功耗小和成本低的特点,能够保证设备长时间工作的需求。信号处理系统实现了对前端模拟声信号的增益控制,4路原始数据的同步采集和存储,MVDR(Minimum Variance Distortionless Response)测向算法和矢量测向算法,以及Zynq内部的数据、命令交互等功能。系统每0.5s完成一次目标方位解析,一方面将原始数据进行SD卡存储,用于离线分析;另一方面将方位解析结果通过水声通信模块传送至工作站,从而实现目标的实时探测和跟踪。最后利用Matlab产生空间单目标数据,经过NI PXI-8109控制器转换为模拟信号输入信号处理系统,通过Vivado Simulator抓取算法运算关键环节的数据流,将获得的数据结果与Matlab运算结果进行比较,以此验证FPGA实现测向算法的正确性和稳定性。测试结果表明,系统按照每10分钟为一个周期,工作时间1分钟,最大工作功耗2.2326W,待机功耗150mW,FPGA实现的测向结果偏差在土30之内,各项指标均满足设计要求。
[Abstract]:The enforcement of maritime rights in our country mainly depends on the way of regular cruising, the method of law enforcement is single, and there are some problems such as lagging in obtaining information, incomplete and high cost of execution, etc. The long term unattended water monitoring equipment based on buoy can be used to detect, track and indicate the moving position of the target for a long time, which is of great significance to the maintenance of national marine rights and interests. On the platform of Xilinx Zynq programmable SoC, this paper realizes the direction finding algorithm of signal processing system for illegal job monitoring equipment. It not only can effectively distinguish remote targets, but also has the characteristics of high integration, low power consumption and low cost. Be able to ensure long working time of the equipment. The signal processing system realizes the synchronous acquisition and storage of MVDR (minimum Variance distance less response) algorithm and vector direction-finding algorithm for the gain control of the front-end analog acoustic signal, as well as the functions of Zynq's internal data and command interaction. On the one hand, the original data is stored by SD card for off-line analysis; on the other hand, the result of azimuth analysis is transmitted to the workstation through underwater acoustic communication module. In order to achieve real-time target detection and tracking. Finally, the spatial single target data is generated by Matlab, which is converted into analog signal input signal processing system by NI PXI-8109 controller. The data stream of the key link of the algorithm is captured by Vivado Simulator, and the obtained data results are compared with the results of Matlab operation. It verifies the correctness and stability of the direction finding algorithm based on FPGA. The test results show that the system has a cycle every 10 minutes, a working time of 1 minute, maximum power consumption of 2.2326W, standby power of 150mWU FPGA, the deviation of the result of direction finding is within 30, and all the indexes meet the design requirements.
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TN911.7
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,本文编号:2093765
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