【摘要】：多波束測(cè)深系統(tǒng)在海洋探測(cè)和水下工程中起著不可替代的作用。目前大部分多波束測(cè)深設(shè)備通過對(duì)中間波束和邊緣波束分別使用幅度檢測(cè)法和相位差檢測(cè)法進(jìn)行測(cè)量，這導(dǎo)致了測(cè)深值在中間和邊緣區(qū)域分布不均勻的問題。多波束相干測(cè)深算法能夠較好的解決傳統(tǒng)算法測(cè)量分辨率不均的問題，而且能使測(cè)深系統(tǒng)的水下目標(biāo)探測(cè)能力得到較大的提高。 論文提出一種基于FPGA與DSP硬件平臺(tái)的多波束相干測(cè)深算法實(shí)現(xiàn)方案。該方案能夠充分結(jié)合FPGA與DSP芯片各自的特點(diǎn)，不但節(jié)約了系統(tǒng)資源，也使處理速度有效提高，同時(shí)使該算法在實(shí)際工程中的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)問題得到解決。系統(tǒng)的硬件平臺(tái)FPGA芯片為Altera公司CycloneII系列芯片EP2C50F484C，所實(shí)現(xiàn)的功能包括希爾伯特變換器、數(shù)據(jù)緩沖、子陣劃分、補(bǔ)零處理、128點(diǎn)FFT波束形成以及數(shù)據(jù)上傳等功能模塊，在此基礎(chǔ)上本文對(duì)算法進(jìn)行了優(yōu)化，進(jìn)一步降低了毛刺和亞穩(wěn)態(tài)的產(chǎn)生。DSP芯片為TI公司的TMS320C6713B芯片，所實(shí)現(xiàn)的功能包括計(jì)算相干信號(hào)相位差、獲取DOA、TOA信息并換算成深度和水平信息等。通過一片F(xiàn)PGA和兩片DSP的協(xié)同處理，大幅度提高了算法的實(shí)現(xiàn)性能。此外，，硬件平臺(tái)還包含80通道的A/D采集模塊，可以更加全面、高效的完成數(shù)據(jù)的處理過程。 本文通過ModelSim時(shí)序仿真和Quartus波形仿真驗(yàn)證了FPGA各個(gè)功能模塊邏輯時(shí)序的正確性；將DSP處理數(shù)據(jù)的關(guān)鍵步驟數(shù)據(jù)與MATLAB平臺(tái)的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較驗(yàn)證和誤差分析，可得到處理結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致的結(jié)論。因?yàn)镕PGA的并行性設(shè)計(jì)、內(nèi)部流水線技術(shù)的使用，以及兩塊DSP的并行作業(yè)，所以算法的運(yùn)行效率得到了有效的提高。通過算法實(shí)現(xiàn)的性能和結(jié)果分析，整體設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)要求，達(dá)到了預(yù)期的效果。
[Abstract]:Multi-beam sounding system plays an irreplaceable role in ocean exploration and underwater engineering. At present, most multi-beam bathymetry equipment use amplitude detection method and phase difference detection method to measure the intermediate beam and edge beam respectively, which leads to the problem of uneven distribution of sounding value in the middle and edge region. Multi-beam coherent sounding algorithm can solve the problem of uneven resolution of traditional algorithms, and can improve the underwater target detection ability of the bathymetric system. This paper presents a multi-beam coherent sounding algorithm based on FPGA and DSP hardware platform. This scheme can fully combine the characteristics of FPGA and DSP chips, which not only saves the system resources, but also improves the processing speed effectively. At the same time, the real-time implementation of the algorithm in practical engineering is solved. The hardware platform FPGA chip of the system is implemented by Altera CycloneII series chip EP2C50F484C, including Hilbert converter, data buffering, subarray partition, zero compensation processing, 128-point FFT beamforming and data uploading, etc. On this basis, the algorithm is optimized to further reduce the burr and metastable state. The DSP chip is a TMS320C6713B chip of TI, the functions of which include calculating the phase difference of coherent signal and obtaining DOA,. TOA information and converted into depth and level information, etc. The performance of the algorithm is greatly improved by the cooperative processing of one FPGA and two pieces of DSP. In addition, the hardware platform also includes 80 channel Ar / D acquisition module, which can complete the data processing more comprehensively and efficiently. In this paper, the correctness of the logic timing of each function module of FPGA is verified by ModelSim time series simulation and Quartus waveform simulation. By comparing the key step data of DSP processing with the simulation data of MATLAB platform, we can get the conclusion that the processing result is basically consistent with the simulation result. Because of the parallelism design of FPGA, the use of internal pipeline technology and the parallel operation of two blocks of DSP, the efficiency of the algorithm has been improved effectively. Through the performance and result analysis of the algorithm, the overall design meets the design requirements and achieves the desired results.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TN911.7;TP368.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2327195