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便携式多波束测深仪实时波束形成技术研究与实现

朱旭初  
【摘要】:多波束测深系统是一种具有高效,高测量精度的用于海底地形测绘的设备,它是在回声测深仪的基础上发展起来的。特别适合于大面积的扫海测量工作。 提供一种快速、高分辨率的多波束形成器是多波束测深系统的重要组成部分。使用有效的离散傅立叶变换(DFT) 波束形成算法,可以对均匀线列水听器的窄带信号实现数字相移波束形成。但是,相移波束形成只是在基阵孔径和控制角度所限定的有限带宽内才能真正近似于延迟-相加控制。本论文将讨论一种使用相移和时延的多波束数字波束形成技术,这种技术是为超过相移限制的带宽而设计的。本波束形成器使用快速DFT实现在结构上把基阵具体分解成若干子阵的相移,使其适合硬件的快速并行处理。再用内插法进行有限量的延迟控制。结果比代替内插法延迟-相加控制的其他方案大大减少了数字运算量。 波束形成是一种数据密集型算法,随着基阵传感器数目和波束形成数目的增多,对硬件平台的要求就更加苛刻。在回波信号周期内,为了给后面留出更多的处理时间,必须要求波束形成的时间在有限的时间内完成。相移时延混合式波束形成算法本身非常适合阵列处理机并行处理。根据该算法的特点,本文设计了一个阵列处理平台,并在提高算法的运算速度上进行了研究。 TMS320C6711是TMS320C6000系列中的浮点处理器。其在150MHz的工作频率下最高可以达到每秒900兆浮点处理能力(MFLOPS)。本论文基于九个TMS320C6711设计了一个通用阵列处理器,并完成了10层PCB。每个处理单元通过共享存储器与其相邻的处理器进行数据通信。主机可以通过DSP的主机接口(HPI)访问每个处理单元。在该平台移植相移-时延波束形成算法时,可以根据实际运算量大小而决定处理器的个数和硬件规模。


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