前视声纳中多波束形成算法的FPGA实现

作者：韩瑞涛; 郭拓^*; 李斌; 刘建国

来源：现代电子技术, 2023, 46(16): 15-21.

DOI：10.16652/j.issn.1004-373x.2023.16.003

• 前视声纳
• 多波束形成算法
• FPGA
• 数字正交混频
• 低通滤波抽取
• 多波束形成模块
• 信号源测试

在阵元数量和波束数量较多的情况下，多波束形成算法对FPGA的计算资源以及数据传输能力要求极高。文中使用Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA对96通道、256波束的二维前视声纳中正交多波束形成算法进行研究。针对正交多波束形成算法资源消耗过大的问题，整体算法采用12个子模块并行逐级求和的方法实现，该方法可对算法结构进行显著优化，每个子模块结构包括数字正交混频、低通滤波抽取和多波束形成三个部分。子模块工作的最高频率为128 MHz，故提出通过8通道复用的方法实现数字正交混频和滤波抽取，通过乒乓存储操作以及2 048倍复用复数乘法器实现多波束形成；再将三个算法子单元串行处理，实现数据不间断输出，从而解决传统全并行多波束形成算法导致FPGA资源消耗严重以及不足的问题。最后，通过Matlab仿真和标准信号源测试验证所提方案的可行性。

• 单位
  陕西科技大学; 西北工业大学