本發(fā)明涉及聲納信號處理，特別涉及一種基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法及其系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、接收機(jī)在接收回波信號的同時(shí)，不可避免地會遇到噪聲，同時(shí)還會受到各種干擾，如各種分布物體產(chǎn)生的雜波干擾、敵方施放的噪聲調(diào)制干擾等。為了選出有用目標(biāo)，同時(shí)抑制各種噪聲和干擾，需要使用濾波器對聲納信號進(jìn)行匹配濾波處理。匹配濾波器是最佳線性濾波器，能使輸出信噪比在某一特定時(shí)刻達(dá)到最大，匹配濾波器也是常見的脈沖壓縮處理算法。在聲納系統(tǒng)中，往往利用發(fā)射寬帶信號，并借助專門的脈沖壓縮處理算法來實(shí)現(xiàn)所需的距離維高分辨力。匹配濾波器的沖激響應(yīng)滿足關(guān)系式，從上式可以看出匹配濾波器沖激響應(yīng)是輸入信號的共軛鏡像函數(shù)，即濾波器系數(shù)剛好為發(fā)射信號的共軛。這樣對于一個(gè)剛好為發(fā)射信號拷貝的回波信號，經(jīng)過匹配濾波器之后的輸出恰好為一個(gè)窄脈沖。

2、然而，常規(guī)時(shí)域乘累加實(shí)現(xiàn)匹配濾波處理的架構(gòu)時(shí)對fpga乘法器資源要求較大，假設(shè)匹配濾波器的階數(shù)為，則每個(gè)采樣點(diǎn)都需要做點(diǎn)乘累加運(yùn)算,實(shí)際應(yīng)用中往往會需要同時(shí)進(jìn)行多路匹配濾波處理，需要的資源更多。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法及其系統(tǒng)，其中所述聲納信號匹配濾波處理方法能夠合理設(shè)計(jì)時(shí)序，分時(shí)復(fù)用復(fù)數(shù)乘法器資源完成濾波計(jì)算，以節(jié)省計(jì)算資源。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法，其包括如下步驟：

3、s1，依據(jù)時(shí)序控制模塊輸出的寫地址信號將輸入信號存儲至信號存儲ram模塊中，其中參數(shù)，寫地址信號是從循環(huán)遞增，一個(gè)輸入信號對應(yīng)一個(gè)寫地址信號；

4、s2，所述信號存儲ram模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時(shí)依次輸出當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號至濾波計(jì)算模塊，其中，參數(shù)，，參數(shù)表示匹配濾波器的階數(shù)；

5、s3，濾波器系數(shù)存儲ram模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時(shí)依次輸出匹配濾波系數(shù)至所述濾波計(jì)算模塊，其中參數(shù)，參數(shù)表示串行的匹配濾波器的路數(shù)；

6、s4，所述濾波計(jì)算模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的使能信號，完成當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號和匹配濾波系數(shù)的復(fù)數(shù)乘累加和求模計(jì)算，得到濾波結(jié)果。

7、作為本發(fā)明的一個(gè)可行示例，在上述方法中，所述時(shí)序控制模塊根據(jù)串行的匹配濾波器的路數(shù)生成對應(yīng)的使能信號、讀地址信號和讀地址信號。

8、作為本發(fā)明的一個(gè)可行示例，使能信號是長度為個(gè)控制時(shí)鐘的周期、間隔為個(gè)控制時(shí)鐘的周期的脈沖信號，參數(shù)和參數(shù)滿足關(guān)系式：，每輸入一個(gè)當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號，生成次的該脈沖信號，參數(shù)是采樣時(shí)鐘，采樣時(shí)鐘遠(yuǎn)大于控制時(shí)鐘。

9、作為本發(fā)明的一個(gè)可行示例，讀地址信號是從某個(gè)值開始循環(huán)遞增，每輸入一個(gè)當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號，生成次讀地址信號，且與使能信號相對應(yīng)。

10、作為本發(fā)明的一個(gè)可行示例，讀地址信號與使能信號相對應(yīng)，在第一個(gè)使能信號脈沖時(shí)，讀地址信號為，第二個(gè)使能信號脈沖時(shí)，讀地址信號為，依次類推第個(gè)使能信號脈沖時(shí)，讀地址信號為。

11、作為本發(fā)明的一個(gè)可行示例，串行的匹配濾波器的路數(shù)的最大值為不超過的最大整數(shù)。

12、作為本發(fā)明的一個(gè)可行示例，所述聲納信號匹配濾波處理方法進(jìn)一步包括步驟：在系統(tǒng)調(diào)整發(fā)射波形參數(shù)時(shí)，通過接口將新的匹配濾波系數(shù)下發(fā)至系統(tǒng)更新模塊，所述系統(tǒng)更新模塊將寫使能信號設(shè)置為高電平，并在個(gè)控制時(shí)鐘的周期內(nèi)，通過寫地址信號和數(shù)據(jù)總線將匹配濾波系數(shù)依次寫入所述濾波器系數(shù)存儲ram模塊，其中寫地址信號是從依次遞增。

13、依本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種基于fpga的聲納信號匹配濾波處理系統(tǒng)，其包括時(shí)序控制模塊、信號存儲ram模塊、濾波器系數(shù)存儲ram模塊以及濾波計(jì)算模塊，其中：

14、所述聲納信號匹配濾波處理系統(tǒng)依據(jù)時(shí)序控制模塊輸出的寫地址信號將輸入信號存儲至信號存儲ram模塊中，其中參數(shù)，寫地址信號是從循環(huán)遞增，一個(gè)輸入信號對應(yīng)一個(gè)寫地址信號；

15、所述信號存儲ram模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時(shí)依次輸出當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號至濾波計(jì)算模塊，其中，參數(shù)，參數(shù)表示匹配濾波器的階數(shù);

16、所述濾波器系數(shù)存儲ram模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時(shí)依次輸出匹配濾波系數(shù)至所述濾波計(jì)算模塊，其中參數(shù)，參數(shù)表示串行的匹配濾波器的路數(shù)；

17、所述濾波計(jì)算模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的使能信號，完成當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號和匹配濾波系數(shù)的復(fù)數(shù)乘累加和求模計(jì)算，得到濾波結(jié)果。

18、作為本發(fā)明的一個(gè)可行示例，所述時(shí)序控制模塊根據(jù)串行的匹配濾波器的路數(shù)生成對應(yīng)的使能信號、讀地址信號和讀地址信號。

19、作為本發(fā)明的一個(gè)可行示例，使能信號是長度為個(gè)控制時(shí)鐘的周期、間隔為個(gè)控制時(shí)鐘的周期的脈沖信號，參數(shù)和參數(shù)滿足關(guān)系式：，每輸入一個(gè)當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號，生成次的該脈沖信號，參數(shù)是采樣時(shí)鐘，采樣時(shí)鐘遠(yuǎn)大于控制時(shí)鐘。

20、依本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供一種計(jì)算裝置，其包括處理器和被耦合于所述處理器的存儲器，所述存儲器存儲指令，所述處理器執(zhí)行所述指令，使得所述計(jì)算裝置執(zhí)行所述聲納信號匹配濾波處理方法，其中所述聲納信號匹配濾波處理方法包括步驟：

21、依據(jù)時(shí)序控制模塊輸出的寫地址信號將輸入信號存儲至信號存儲ram模塊中，其中參數(shù)，寫地址信號是從循環(huán)遞增，一個(gè)輸入信號對應(yīng)一個(gè)寫地址信號；

22、所述信號存儲ram模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時(shí)依次輸出當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號至濾波計(jì)算模塊，其中，參數(shù)，，參數(shù)表示匹配濾波器的階數(shù)；

23、濾波器系數(shù)存儲ram模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時(shí)依次輸出匹配濾波系數(shù)至所述濾波計(jì)算模塊，其中參數(shù)，參數(shù)表示串行的匹配濾波器的路數(shù)；

24、所述濾波計(jì)算模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的使能信號，完成當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號和匹配濾波系數(shù)的復(fù)數(shù)乘累加和求模計(jì)算，得到濾波結(jié)果。

25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的所述聲納信號匹配濾波處理方法具有至少以下有益效果：本發(fā)明通過合理設(shè)計(jì)時(shí)序，分時(shí)復(fù)用復(fù)數(shù)乘法器資源，僅使用三個(gè)dsp乘法器即可完成多路匹配濾波處理，節(jié)省計(jì)算資源。

26、本發(fā)明的所述聲納信號匹配濾波處理方法的其他特點(diǎn)和優(yōu)勢將在接下來的描述中被進(jìn)一步揭露。

技術(shù)特征：

1.一種基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法，其特征在于，所述聲納信號匹配濾波處理方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法，其特征在于，在上述方法中，所述時(shí)序控制模塊根據(jù)串行的匹配濾波器的路數(shù)生成對應(yīng)的使能信號、讀地址信號和讀地址信號。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法，其特征在于，使能信號是長度為個(gè)控制時(shí)鐘的周期、間隔為個(gè)控制時(shí)鐘的周期的脈沖信號，參數(shù)和參數(shù)滿足關(guān)系式：，每輸入一個(gè)當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號，生成次的該脈沖信號，參數(shù)是采樣時(shí)鐘，采樣時(shí)鐘遠(yuǎn)大于控制時(shí)鐘。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法，其特征在于，讀地址信號是從某個(gè)值開始循環(huán)遞增，每輸入一個(gè)當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號，生成次讀地址信號，且與使能信號相對應(yīng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法，其特征在于，讀地址信號與使能信號相對應(yīng)，在第一個(gè)使能信號脈沖時(shí)，讀地址信號為，第二個(gè)使能信號脈沖時(shí)，讀地址信號為，依次類推第個(gè)使能信號脈沖時(shí)，讀地址信號為。

6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法，其特征在于，串行的匹配濾波器的路數(shù)的最大值為不超過的最大整數(shù)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一所述的基于fpga的聲納信號匹配濾波處理方法，其特征在于，所述聲納信號匹配濾波處理方法進(jìn)一步包括步驟：在系統(tǒng)調(diào)整發(fā)射波形參數(shù)時(shí)，通過接口將新的匹配濾波系數(shù)下發(fā)至系統(tǒng)更新模塊，所述系統(tǒng)更新模塊將寫使能信號設(shè)置為高電平，并在個(gè)控制時(shí)鐘的周期內(nèi)，通過寫地址信號和數(shù)據(jù)總線將匹配濾波系數(shù)依次寫入所述濾波器系數(shù)存儲ram模塊，其中寫地址信號是從依次遞增。

8.一種基于fpga的聲納信號匹配濾波處理系統(tǒng)，其特征在于，包括時(shí)序控制模塊、信號存儲ram模塊、濾波器系數(shù)存儲ram模塊以及濾波計(jì)算模塊，其中：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于fpga的聲納信號匹配濾波處理系統(tǒng)，其特征在于，所述時(shí)序控制模塊根據(jù)串行的匹配濾波器的路數(shù)生成對應(yīng)的使能信號、讀地址信號和讀地址信號。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于fpga的聲納信號匹配濾波處理系統(tǒng)，其特征在于，使能信號是長度為個(gè)控制時(shí)鐘的周期、間隔為個(gè)控制時(shí)鐘的周期的脈沖信號，參數(shù)和參數(shù)滿足關(guān)系式：，每輸入一個(gè)當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號，生成次的該脈沖信號，參數(shù)是采樣時(shí)鐘，采樣時(shí)鐘遠(yuǎn)大于控制時(shí)鐘。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于FPGA的聲納信號匹配濾波處理方法及其系統(tǒng)，涉及聲納信號處理技術(shù)領(lǐng)域，所述聲納信號匹配濾波處理方法包括步驟：依據(jù)時(shí)序控制模塊輸出的寫地址信號將輸入信號存儲至信號存儲RAM模塊中；所述信號存儲RAM模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時(shí)依次輸出當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號至濾波計(jì)算模塊，；濾波器系數(shù)存儲RAM模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時(shí)依次輸出匹配濾波系數(shù)至所述濾波計(jì)算模塊；所述濾波計(jì)算模塊根據(jù)所述時(shí)序控制模塊輸出的使能信號，完成當(dāng)前采樣數(shù)據(jù)信號和匹配濾波系數(shù)的復(fù)數(shù)乘累加和求模計(jì)算，得到濾波結(jié)果。本發(fā)明能夠合理設(shè)計(jì)時(shí)序，分時(shí)復(fù)用復(fù)數(shù)乘法器資源。

技術(shù)研發(fā)人員：張旭麗,黃杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南保利天同水下裝備科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21