三维声纳系统分级波束形成FPGA设计的中期报告中期报告1.研究背景三维声纳系统是一种利用声波进行目标探测和成像的高端技术，广泛应用于水下探测、水下作业、海洋资源开发等领域。在三维声纳系统中，波束形成是一个关键步骤，主要通过将多个阵元的信号进行加权，来实现目标信号的提取和背景信号的抑制。传统的波束形成算法有最小方差无偏估计（MVDR）和波束形成器（BF），其中BF算法实现简单但存在较大的副瓣，MVDR算法在抑制副瓣方面效果更好，但计算复杂度也更高。因此，在三维声纳系统中，前端的波束形成处理需要具备高效、实时的特点，以保证探测的精度和速度。而FPGA作为一种可编程的硬件平台，拥有并行处理、高速运算等特点，适合用于实现多通道数据的处理，因此，开展FPGA实现的三维声纳系统具有实用价值和研究意义。2.研究内容本研究将采用FPGA实现三维声纳系统的波束形成，具体内容包括：（1）采集输入数据：使用ADC芯片对信号进行采集，得到多通道信号的数据。（2）信号加窗处理：对采集到的信号进行加窗处理，保证数据的平稳性和稳定性。（3）波束形成算法实现：实现MVDR和BF两种波束形成算法，并比较其性能差异。（4）性能测试：通过在实验室环境中进行多组数据的实时处理，对该系统进行性能评估和调试。测试结果将包括信噪比、计算复杂度、运算速度等指标。3.预期成果本研究将采用Vivado软件对FPGA芯片进行编程和模拟，完成三维声纳系统的波束形成设计。具体预期成果包括：（1）设计出波束形成算法在FPGA上的硬件实现方案。（2）搭建三维声纳系统的实时处理平台，实现数据采集、信号加窗处理、波束形成等功能。（3）评估系统性能，并对系统进行优化。4.进度安排本研究计划于6月底完成硬件系统的设计与搭建，并开始进行算法实现，预计9月底完成系统功能的完善和性能评估，并进行相关的论文撰写、论文审查和答辩。具体进度安排如下表所示：|时间节点|进度安排||:-----|:----:||6月|系统设计与开发||7月|系统调试和优化||8月|功能完善和性能评估||9月|开始论文撰写、论文审查和答辩|5.参考文献[1]赵国胜.三维立体声纳系统的研究[J].音像与电视技术,2017(11):22-23.[2]杨晓莲,邓赛飞,等.基于FPGA的超宽带声纳信号处理系统的研究与实现[J].电子技术应用,2018(17):107-111.[3]骆琴,韩华,等.声纳信号处理算法及其在FPGA上的实现[J].红外与激光工程,2017,46(5):161-166.[4]刘欢.深海三维高精度声纳成像系统的设计与实现[D].海洋大学,2016.[5]谭旭东,杨志.基于FPGA实现的高速DSP算法研究[J].电子产品制造,2018(3):93-95.