三维声纳频域波束形成算法的优化及实现

吉林大学学报(工学版) ›› 2010, Vol. 40 ›› Issue (03): 830-0835.

三维声纳频域波束形成算法的优化及实现

陈朋^1,2,陈耀武¹

1.浙江大学数字技术及仪器研究所|杭州310027|2.浙江工业大学信息工程学院|杭州310023

收稿日期:2008-10-09 修回日期:2008-12-09 出版日期:2010-05-01 发布日期:2010-05-01
通讯作者: 陈耀武（1963），男，教授，博士生导师.研究方向:嵌入式系统，智能信息处理，声纳信号处理，多媒体技术.Email: E-mail:cyw@mail.bme.zju.edu.cn
作者简介:陈朋（1981）|男|讲师|博士.研究方向:嵌入式系统|声纳信号处理.Email:chenpeng123@zju.edu.cn
基金资助:
“863”国家高技术研究发展计划项目(2006AA09Z109)

3D sonar frequencydomain beamforming algorithmOptimization and implementation

CHEN Peng^1,2| CHEN Yao-wu¹

1.Institute of Advanced Digital Technology and Instrumentation, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China|2.College of Information and Engineering, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310023, China

Received:2008-10-09 Revised:2008-12-09 Online:2010-05-01 Published:2010-05-01

摘要/Abstract

摘要：

为了对三维声纳频域波束形成算法进行优化，提出了一种算法的优化方法。利用声纳回波信号的位移矢量分解与合成原理，推导出波束强度与相应方向角的数学关系式，进而使算法得到优化，并对优化的波束形成算法进行了仿真。同时，给出了实现此算法的两种数据通路，并对其内存需求量和计算量进行了分析。最终在Xilinx ISE环境下，在现场实现可编程门阵列（FPGA）上对该两种数据通路进行了仿真，并列出了相应的资源利用情况。优化后的算法不仅可以得到与传统算法相同的波束强度矩阵结果，而且减少了存储相移参数所需的内存空间。

关键词: 声学, 三维声纳图像, 频域波束形成, 现场可编程门阵列

Abstract:

A new optimization algorithm for threedimensional (3D) sonar beamforming in the frequencydomain is proposed. The relationship between the beam intensity and azimuth angle is derived based on the resolution of echo displacement vector, and then the algorithm is optimized. Simulation of the algorithm is conducted in Matlab and two datapaths for the proposed algorithm are demonstrated. The memory and the computational requirements for the proposed datapaths are also analyzed. Finally, under the Xilinx ISE environment, simulations for the two datapaths are carried out on FieldProgrammable Gate Arrays (FPGAs) respectively, and the resource utilizations are listed. It is demonstrated that the proposed algorithm possesses the advantage to reduce the memory requirements without sacrificing the system performance.

Key words: acoustics；3D sonar image；frequencydomain beamforming, fieldprogrammable gate arrays (FPGA)

中图分类号:

TN911.7

陈朋, 陈耀武. 三维声纳频域波束形成算法的优化及实现[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(03): 830-0835.

CHEN Peng, CHEN Yao-Wu. 3D sonar frequencydomain beamforming algorithmOptimization and implementation[J]. 吉林大学学报(工学版), 2010, 40(03): 830-0835.

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