基于FPGA的高精度三维成像声呐系统

基于FPGA的高精度三维成像声呐系统

1 概述

本文基于波束形成算法原理，针对大规模二维换能器信号进行同步采样和大规模的数据处理，设计并实现48×48 路信号的同步采样，使用高性能现场可编辑逻辑门阵列为系统平台，采用优化后的模拟退火算法[4]，实现128×128 个空间波束形成，用于海底状况成像。

2 系统原理和结构

系统需要完成换能器信号的调理、信号采集、波束形成运算，最终计算结果上传。系统采用分布式结构，分为前端信号调理采集子系统和后端数据处理子系统，具体结构如图1 所示。

3 大规模平面阵换能器信号采集

为实现对大规模平面阵进行信号的同步采样，信号采集子板需要完成以下任务：换能器输出模拟信号的信号调理，整阵列信号的同步采集，AD 信号的离散傅里叶变换。

使用Xilinx Spartan-3 作为信号采集子板的主控芯片，负责1 条线阵48 路换能器的信号采集，整个成像声呐系统使用300 kHz 的声学信号，系统采用900 kHz 的采样率。