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：

1、接收機在接收回波信號的同時，不可避免地會遇到噪聲，同時還會受到各種干擾，如各種分布物體產生的雜波干擾、敵方施放的噪聲調制干擾等。為了選出有用目標，同時抑制各種噪聲和干擾，需要使用濾波器對聲納信號進行匹配濾波處理。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刻達到最大，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現所需的距離維高分辨力。匹配濾波器的沖激響應滿足關系式，從上式可以看出匹配濾波器沖激響應是輸入信號的共軛鏡像函數，即濾波器系數剛好為發(fā)射信號的共軛。這樣對于一個剛好為發(fā)射信號拷貝的回波信號，經過匹配濾波器之后的輸出恰好為一個窄脈沖。

2、然而，常規(guī)時域乘累加實現匹配濾波處理的架構時對fpga乘法器資源要求較大，假設匹配濾波器的階數為，則每個采樣點都需要做點乘累加運算,實際應用中往往會需要同時進行多路匹配濾波處理，需要的資源更多。

技術實現思路

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計時序，分時復用復數乘法器資源完成濾波計算，以節(jié)省計算資源。

2、本發(fā)明采用的技術方案是：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，依據時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，寫地址信號是從循環(huán)遞增，一個輸入信號對應一個寫地址信號；

4、s2，所述信號存儲ram模塊根據所述時序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時依次輸出當前采樣數據信號至濾波計算模塊，其中，參數，，參數表示匹配濾波器的階數；

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

6、s4，所述濾波計算模塊根據所述時序控制模塊輸出的使能信號，完成當前采樣數據信號和匹配濾波系數的復數乘累加和求模計算，得到濾波結果。

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

8、作為本發(fā)明的一個可行示例，使能信號是長度為個控制時鐘的周期、間隔為個控制時鐘的周期的脈沖信號，參數和參數滿足關系式：，每輸入一個當前采樣數據信號，生成次的該脈沖信號，參數是采樣時鐘，采樣時鐘遠大于控制時鐘。

9、作為本發(fā)明的一個可行示例，讀地址信號是從某個值開始循環(huán)遞增，每輸入一個當前采樣數據信號，生成次讀地址信號，且與使能信號相對應。

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

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

12、作為本發(fā)明的一個可行示例，所述聲納信號匹配濾波處理方法進一步包括步驟：在系統(tǒng)調整發(fā)射波形參數時，通過接口將新的匹配濾波系數下發(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置為高電平，并在個控制時鐘的周期內，通過寫地址信號和數據總線將匹配濾波系數依次寫入所述濾波器系數存儲ram模塊，其中寫地址信號是從依次遞增。

13、依本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明進一步提供了一種基于fpga的聲納信號匹配濾波處理系統(tǒng)，其包括時序控制模塊、信號存儲ram模塊、濾波器系數存儲ram模塊以及濾波計算模塊，其中：

14、所述聲納信號匹配濾波處理系統(tǒng)依據時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，寫地址信號是從循環(huán)遞增，一個輸入信號對應一個寫地址信號；

15、所述信號存儲ram模塊根據所述時序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時依次輸出當前采樣數據信號至濾波計算模塊，其中，參數，參數表示匹配濾波器的階數;

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

17、所述濾波計算模塊根據所述時序控制模塊輸出的使能信號，完成當前采樣數據信號和匹配濾波系數的復數乘累加和求模計算，得到濾波結果。

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

19、作為本發(fā)明的一個可行示例，使能信號是長度為個控制時鐘的周期、間隔為個控制時鐘的周期的脈沖信號，參數和參數滿足關系式：，每輸入一個當前采樣數據信號，生成次的該脈沖信號，參數是采樣時鐘，采樣時鐘遠大于控制時鐘。

20、依本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明還提供一種計算裝置，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、依據時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，寫地址信號是從循環(huán)遞增，一個輸入信號對應一個寫地址信號；

22、所述信號存儲ram模塊根據所述時序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時依次輸出當前采樣數據信號至濾波計算模塊，其中，參數，，參數表示匹配濾波器的階數；

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

24、所述濾波計算模塊根據所述時序控制模塊輸出的使能信號，完成當前采樣數據信號和匹配濾波系數的復數乘累加和求模計算，得到濾波結果。

25、與現有技術相比，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)明通過合理設計時序，分時復用復數乘法器資源，僅使用三個dsp乘法器即可完成多路匹配濾波處理，節(jié)省計算資源。

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和優(yōu)勢將在接下來的描述中被進一步揭露。

技術特征：

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.根據權利要求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，所述時序控制模塊根據串行的匹配濾波器的路數生成對應的使能信號、讀地址信號和讀地址信號。

3.根據權利要求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控制時鐘的周期、間隔為個控制時鐘的周期的脈沖信號，參數和參數滿足關系式：，每輸入一個當前采樣數據信號，生成次的該脈沖信號，參數是采樣時鐘，采樣時鐘遠大于控制時鐘。

4.根據權利要求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值開始循環(huán)遞增，每輸入一個當前采樣數據信號，生成次讀地址信號，且與使能信號相對應。

5.根據權利要求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，在第一個使能信號脈沖時，讀地址信號為，第二個使能信號脈沖時，讀地址信號為，依次類推第個使能信號脈沖時，讀地址信號為。

6.根據權利要求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的最大值為不超過的最大整數。

7.根據權利要求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一步包括步驟：在系統(tǒng)調整發(fā)射波形參數時，通過接口將新的匹配濾波系數下發(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置為高電平，并在個控制時鐘的周期內，通過寫地址信號和數據總線將匹配濾波系數依次寫入所述濾波器系數存儲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，包括時序控制模塊、信號存儲ram模塊、濾波器系數存儲ram模塊以及濾波計算模塊，其中：

9.根據權利要求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，所述時序控制模塊根據串行的匹配濾波器的路數生成對應的使能信號、讀地址信號和讀地址信號。

10.根據權利要求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控制時鐘的周期、間隔為個控制時鐘的周期的脈沖信號，參數和參數滿足關系式：，每輸入一個當前采樣數據信號，生成次的該脈沖信號，參數是采樣時鐘，采樣時鐘遠大于控制時鐘。

技術總結
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領域，所述聲納信號匹配濾波處理方法包括步驟：依據時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模塊根據所述時序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時依次輸出當前采樣數據信號至濾波計算模塊，；濾波器系數存儲RAM模塊根據所述時序控制模塊輸出的讀地址信號，在使能信號有效時依次輸出匹配濾波系數至所述濾波計算模塊；所述濾波計算模塊根據所述時序控制模塊輸出的使能信號，完成當前采樣數據信號和匹配濾波系數的復數乘累加和求模計算，得到濾波結果。本發(fā)明能夠合理設計時序，分時復用復數乘法器資源。

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