水声通信的信号处理实现

水声通信的信号处理实现

1.工作参数：

采样率：80ksps;

FFT点数：2048；

FFT输入精度：18比特；

FFT输出精度：18比特，加6位精度控制；

输出波束为-60：8：60度，共16个波束；

波束上加30dB的切比雪夫窗用于抑制波束泄漏；

频域积分：500Hz～20kHz输出32或者64个频域区间，频域积分区间可通过软件控制；

时间积分：1、2、4、8个周期平均，可以通过软件控制。

因此：每次上传的数据为2边，每边16个波束，每个波束32个频率区间的时间平均。因此每一次上传采用一个数据包实现。

2.重要组成部分和实现：

水声通信信号的主要包括以下3个部分：

32个通道的2048点FFT处理；

32个通道的FFT由一个FFT的IP核实现，输入为实部为信号，虚部为0，输入是18位定点。输出的实部和虚部为18位，再加一个6比特的精度控制信息，表示数据低位舍去了多少位。

上面是2048FFT IP的实现的一些参数。它完成一次FFT的时间为3096个时钟周期。下面计算一下处理的时间，按照时钟周期计算。处理时钟为40MHz，2048点数据的采样时间为25.6毫秒，因此一个处理的时钟周期为1024000个时钟周期，由于通道数为32个通道，所以平均每个通道的时钟周期为32000个，远大于实际所需的时钟周期。因此采用一个FFT

模块就可以实现。

●频域波束形成；

波束形成完成16个波束的频域乘累加运算。该运算的运算量为2个16个通道16个波束的运算。每个波束要16次的复数运算，一次波束共1024点。因此一次波束形成需要2×16×16×1024次复数乘累加运算。

该运算，频域的补偿值预先存储在ROM中，在运算的过程中调用。

●波束域的频域积分、时间积分；

频域积分在频域波束形成输出时同时完成，完成后的波束积分放在缓存中，用于时间积分时。积分区间考虑做一个表，可以通过外部指令输入，也可以用内部的预先存储的值。

时间积分在频域积分的同时进行，它会把前几个周期的频域积分调出来进行积分运算。

3.系统实现的难点：

目前利用现有平台上实现信号处理的主要问题是RAM资源不足。目前硬件平台上FPGA内部有200KB的缓存和1MB的外部缓存。由于实现频域波束形成，32个通道同时操作，因此把中间数据放在外部缓存，调用时不方便。而内部资源比较有限，只有尽量减少中间结果的存储。

4.其他：

关于原始数据存储，由于该项目时间进度比较紧，建议采用目前的测试软件进行数据存储。目前的测试软件经过测试，不存在着数据丢包的问题。建议采用该软件在工业计算机上进行数据存储。

关于测向等后续算法，暂时还没有考虑。等把波束形成的算法完成后再把这部分功能加上去。

32个通道的频域积分结果缓存32个通道的时间积分结果缓存