一种基于FPGA的图像声纳可重构信号预处理方法与流程

本发明涉及声纳信号处理，具体为一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法。

背景技术：

1、声呐是利用声波在水中的传播和反射特性，通过电声转换和信息处理进行导航和测距的技术，也指利用这种技术对水下目标进行探测(存在、位置、性质、运动方向等)和通讯的电子设备，是水声学中应用最广泛、最重要的一种装置，有主动式和被动式两种类型。

2、在特定的水下环境中，各种复杂的噪声对图像声纳性能影响较大，对图像声纳以频率f0为工作中心频率，带宽为b的范围内回波信号进行滤波、降采样处理时较为通用的信号预处理方法。传统领域中采用多阶乘-累加方式的fir滤波器对fpga(field-programmablegatearray，现场可编程门阵列)内部的硬件资源提出了苛刻的要求，而系数较少的滤波器又难以实现图像声纳回波信号窄带特征的技术要求。

3、在图像声纳领域，对不同类型水下目标的探测任务要求声纳工作中心频率f0、带宽b同样不同，这就带来了同一套信号预处理方法流程虽然相同，但由f0、b的同步带来的预处理方法适应性改进较为繁琐。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，以解决上述背景技术中提出的在图像声纳领域，对不同类型水下目标的探测任务要求声纳工作中心频率f0、带宽b同样不同，这就带来了同一套信号预处理方法流程虽然相同，但由f0、b的同步带来的预处理方法适应性改进较为繁琐的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，该基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法包括如下步骤：

3、s1：根据输入的数字化回波信号经过正交解调获取iq信号，其中正交信号源为可配置型；

4、s2：对步骤s1中的iq信号通过可重构cic滤波器进行可重构cic滤波，得到初级滤波信号；

5、s3：对步骤s2中的初级滤波器信号通过半带hb滤波器和cic补偿滤波器分别进行半带hb滤波和cic补偿滤波，得到回波带宽信号。

6、优选的，所述步骤s1中的可配置型正交信号源为不依赖于ip核，fpga内部软件采用查找表和线性插值相结合的方法，根据输入频率参数实时产生sin(2·π·f1·n)、cos(2·π·f1·n)正交信号源序列。

7、优选的，所述步骤s1中的正交解调采用正交信号源序列与数字化回波信号进行定点相乘，获取iq信号。

8、优选的，所述步骤s2中的可重构cic滤波器为降采样率按命令参数配置的cic滤波器。

9、优选的，所述步骤s3中的半带hb滤波器对输入的初级滤波信号进行二次滤波并进行2:1降采样抽取，得到次级滤波信号。

10、优选的，所述步骤s3中的cic补偿滤波器为三系数fir滤波器，将次级滤波信号再次进行滤波得到数字化回波带宽信号。

11、优选的，所述将次级滤波信号再次进行滤波得到数字化回波带宽信号的方法包括如下步骤：

12、a1：将次级滤波信号输出的是三个数据分别与滤波器预存系数做定点乘运算，得到对应的乘积数据；

13、a2：将乘积数据进行累加，最终实现对次级滤波信号的再次滤波，同时补偿了cic滤波器通道尾部下降过快的缺陷。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，正交解调、滤波运算均通过数字方法实现，相对传统技术，本申请的方法中正交信号源序列的可配置性、cic滤波器的可重构技术有效的提高了软件灵活性和通用型，本申请方法针对不同图像声纳产品的可有效减少软件移植的工作量，具有较为广泛的适用性。

技术特征：

1.一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，其特征在于：该基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，其特征在于：所述步骤s1中的可配置型正交信号源为不依赖于ip核，fpga内部软件采用查找表和线性插值相结合的方法，根据输入频率参数实时产生sin(2·π·f1·n)、cos(2·π·f1·n)正交信号源序列。

3.根据权利要求2所述的一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，其特征在于：所述步骤s1中的正交解调采用正交信号源序列与数字化回波信号进行定点相乘，获取iq信号。

4.根据权利要求3所述的一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，其特征在于：所述步骤s2中的可重构cic滤波器为降采样率按命令参数配置的cic滤波器。

5.根据权利要求4所述的一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，其特征在于：所述步骤s3中的半带hb滤波器对输入的初级滤波信号进行二次滤波并进行2:1降采样抽取，得到次级滤波信号。

6.根据权利要求5所述的一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，其特征在于：所述步骤s3中的cic补偿滤波器为三系数fir滤波器，将次级滤波信号再次进行滤波得到数字化回波带宽信号。

7.根据权利要求6所述的一种基于fpga的图像声纳可重构信号预处理方法，其特征在于：所述将次级滤波信号再次进行滤波得到数字化回波带宽信号的方法包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了声纳信号处理技术领域的一种基于FPGA的图像声纳可重构信号预处理方法，该基于FPGA的图像声纳可重构信号预处理方法包括如下步骤：根据输入的数字化回波信号经过正交解调获取IQ信号，其中正交信号源为可配置型；对步骤S1中的IQ信号通过可重构CIC滤波器进行可重构CIC滤波，得到初级滤波信号，该种基于FPGA的图像声纳可重构信号预处理方法，正交解调、滤波运算均通过数字方法实现，相对传统技术，本申请的方法中正交信号源序列的可配置性、CIC滤波器的可重构技术有效的提高了软件灵活性和通用型，本申请方法针对不同图像声纳产品的可有效减少软件移植的工作量，具有较为广泛的适用性。

技术研发人员：孙广发
受保护的技术使用者：中船海洋探测技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31