基于VFD的宽带波束形成算法及其在C6748上的实现

摘要

宽带信号与窄带信号相比,可以携带更多的目标信息,并且因其具有较弱的混响背景相关性,在水声环境中,对于目标的检测和特征提取以及参量估计十分有利,对探测距离的提升也有很大帮助。为改善声纳系统的分辨率和探测精度,尤其是精确探测微小型目标的能力,展开相关宽带信号处理技术,特别是宽带波束形成技术的研究,有着重要的理论意义和实用价值。
　　本论文的主要研究内容包括:
　　一、研究了基于分数时延的经典时域宽带波束形成技术的原理及其实现结构,介绍了三种设计分数时延滤波器的方法,并进行了计算机仿真,对各种设计方法的性能、复杂度、稳定性以及平坦度等特点进行了分析与比较。
　　二、讨论了频域恒定束宽波束形成技术的原理与实现方法。详细研究讨论了若干种可应用于线列阵或任意阵元排列结构的频域恒定束宽加权系数的计算方法,仿真验证了这些方法的正确性,并分析其性能。研究分析了实现时域恒定束宽波束形成的原理与方法,并给出了相应的FIR滤波器的设计优化准则。
　　三、介绍了一种基于Farrow结构的VFD FIR滤波器的设计方法,并结合VFD FIR滤波器提出了一种新的时域恒定束宽波束形成方法。基于Farrow结构设计的分数时延滤波器可以根据不同的时延条件自适应地快速调整滤波器的系数,将其与时域恒定束宽的幅度补偿滤波器结合应用于波束形成器中,简化了运算量,节省了存储空间。提高了设备信号处理的实时性与便捷性。
　　四、基于现有的网位仪声纳系统,采用TI公司的TMS320C6748 DSP信号处理平台进行算法仿真,用C++编程语言编写了基于C6748的宽带波束形成算法代码,在DSP上进行了实现,并分析讨论了达到信号实时处理目标的软、硬件实现方案。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 宽带信号波束形成技术研究概况

1.3 本文主要研究内容及结构安排

第2章 分数时延技术原理与应用

2.1 分数时延技术方案选择

2.2 分数时延滤波器设计

2.3 分数时延滤波器的性能分析

2.4 基于FD FIR滤波器的宽带波束形成器

2.5 本章小结

第3章 频域恒定束宽波束形成

3.1 频域恒定束宽原理与实现结构

3.2 线列阵频域恒定束波束形成方法

3.3任意结构阵列的恒定束宽波束形成方法

3.4 本章小结

第4章 时域恒定束宽波束形成

4.1 时域恒定束宽原理与实现结构

4.2 基于二阶锥规划的FIR滤波器设计

4.3 基于Farrow结构的VFD FIR滤波器设计

4.4 结合VFD FIR滤波器的恒定束宽波束形成结构

4.5 本章小结

第5章 宽带波束形成算法的硬件平台实现

5.1 网位仪系统结构

5.2 TMS320C6748芯片简介

5.3 DSP的软件设计和优化

5.4 DSP仿真实验

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢