成像声纳动态聚焦算法研究与FPGA实现.pdf

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1、技术纵横iiii■■■■■■■成像声纳动态聚焦算法研究与FPGA实现*董珊珊，周建江，夏伟杰，蒋鹏飞。金雪(南京航空航天大学电子信息工程学院，南京210016)摘要：针对多波束成像声纳实时获取水下目标精细二维声图像的要求，提出了一种可动态聚焦的波束形成算法及其FP—GA实现。通过对波束通带、过渡带、阻带范围的动态调整，显控终端利用凸优化的方法实时计算出最优的加权系数并通过千兆网络下发至声纳湿端设备，在Xilinx公司的VIRTEX一6VLX55OTFPGA上实现可动态聚焦的波束形成算法，并将波束数据上传至干端PC进行成像显示

2、。本文设计的方案在已有目标定位的基础上，实现了精细成像。关键词：成像声纳；动态聚焦；凸优化；FPGA中图分类号：TP391文献标识码：AImagingSonarDynamicFocusingAlgorithmandFPGARealizationeDongJinjin，ZhouJianjiang，XiaWeijie，JiangPengfei，JinXue(CollegeofElectronicandInformationEngineering，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronaut

3、ics，Nanjing210016，China)Abstract：Accordingtotherequirementofmeticulousreal—time2Dsoundimagesofunderwatertargetintheimagingsonar，amethodofdynamicfocusingbeam—formingalgorithmanditsFPGArealizationareproposedinthisarticle．Throughthedynamicadjustmentofpassband，transiti

4、onzoneandstopbandrange，thedisplayandcontrolterminalcancalculatetheoptimalweightedcoefficientusedconvexop—timizationmethodinreal—timeanddistributetothewetendviagigabitnetwork．Weaccomplishdynamicallyfocusingbeam—formingalgo—rithminXilinxcompany'sVIRTEX-6VLX550TFPGAan

5、duploadthebeamdatatothedryendPCtOdisplay．Inthispaper，thedesignrealizesfurtherdetailedimagingbasedontargetlocating．Keywords：imagingsonar；dynamicfocusing；convexoptimization；FPGA精细刻画。引言为了满足在复杂海洋环境下对目标进行有效地定位、识声纳成像在海洋资源开发和海洋防卫等方面有着重别和分析，本文设计了动态聚焦波束形成方法。显控终端用要的意义，具有作用距离

6、远、图像直观显示观测区域状况户根据不同水况条件下环境噪声场的变化以及目标体积形和识别目标等特点。传统成像声纳多采用固定系数的波状的特性，对波束指向性函数各参数进行实时调整，在干端束形成技术]，虽然运算复杂度小，但是在水底噪声环境主机上通过凸优化_5的方法求解出适合当前应用要求的加比较差的情况下，成像性能会急剧下降。基于稳健性算权系数，通过千兆网络下发至声纳湿端设备，在Xilinx公司的法的波束形成技术虽然能够在一定程度上容忍噪声的VIRTEX一6VLX550TFPGA上完成波束形成，并将波束数干扰，但是算法的复杂度往往比较高

7、，而且会导致波束指据上传至于端PC机进行实时显示。向性能的下降。自适应波束形成_4技术能够根据周围环境噪声场的变化，不断地自动调节本身的参数以适应周围1成像声纳系统总体设计环境，抑制干扰并检出有用信号。但是自适应算法多利用本文所设计的声纳系统由发射接收声基阵、信号调理通道之间的相关性进行迭代运算，硬件复杂度很高且系统模块、信号处理模块、数据传输模块、干端显示控制模块构的实时性很难得到保证，在识别和分析目标的过程中不能成。以Xilinx公司的FPGA芯片作为核心器件，根据干端对波束指向性函数进行动态调整，难以对目标的细节进行P

8、C下发的控制指令实现对18O个基元的发射接收电路的控制，完成数字波束形成，并将波束数据通过千兆网上传*基金项目：省部级一江苏高校优势学科建设工程资助项目(苏政办发(2012))；2014年江苏省产学研联合创新资金资助BY2014003—14；至干端PC进行显示。2014年度“江苏省研究生教