[实用新型]一种基于FPGA的水下稀疏阵列超声成像系统

说明书

本实用新型公开了一种基于FPGA的水下稀疏阵列超声成像系统，包括FPGA和依次连接的功率放大电路、逆变电路、稀疏基阵、低噪声前置放大器电路及增益补偿电路，所述增益补偿电路的输出端与FPGA的显示屏相连接；所述稀疏基阵包括发射阵元和接收阵元；线性调频信号通过所述功率放大电路和逆变电路转化为模拟量的LMF信号，并输入至所述发射阵元，所述低噪声前置放大器电路接收所述接收阵元发出的信号，并发送至增益补偿电路，所述增益补偿电路输出的补偿信号在所述FPGA的显示屏上显示。本实用新型采用稀疏基阵作为传感器基阵，减少了基阵阵元数量从而节约了硬件成本，降低了系统的运算量。

技术领域

本实用新型涉及一种基于FPGA的水下稀疏阵列超声成像系统，属于水下成像技术领域。

背景技术

自二十世纪中叶以来，国家之间资源的争夺开发已经从陆地逐渐转移到海洋。人类在享受第三次工业革命成果同时已经把的目光锁定在古老的海洋，世界各国都在加强海洋相关信息技术的开发和权益的争夺。我国是一个沿海国家，邻近的海域有北海，西海，渤海，黄海，东海，南海，拥有较长的海岸线和丰富的海洋资源，可以说如何合理规划使用海洋资源是我国能否在二十一世界屹立于世界强国之林的关键。这就要求我们大力推动海洋经济发展同时维护保护海洋生态环境，在南海维护我国主权权益，在二十一世纪努力使我国成为海洋强国。水下探测、信息获取、传输、处理和融合将是未来海洋科学和海洋技术发展的重要方向，而以上水下科研活动能否顺利开展的前提则是水下成像技术。它在探测开采水下资源，文物修护保护，海底大型工程和水下军事探测等方面都发挥着巨大作用，可谓在军用、民用两大领域都拥有广阔的开发前景。

科研人员在水质澄澈、能见度高等理想情况下，可以单纯地使用光学成像的方式。可在大多实际情况下，诸如一些沉积杂质较多的内陆河，含盐量较大的近海区域，水质是浑浊的。因此为了得到高质量的成像，我们可采用声学成像的方式。声学成像的核心技术是利用了超声波方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远等特点。

近年来大量国内外科研工作者探索着如何提高水下成像的质量，提出了许多算法，如：距离-多普勒算法、波数域算法、线性调频尺度算法等。但往往忽略了系统在实际情况下的操作性，许多算法并不能很好地在系统中使用，致使成像的效率和质量大大降低。在常规的水下成像系统中，规则的传感器布阵应用的较为广泛，然而这种布阵方式导致许多阵元并未使用，致使整个成像系统的复杂度和成本大大增加，存在着大量的浪费。在目前的水下成像的研究中，采用的成像基阵模式往往是线性阵列，这就会导致在处理目标点时会出现左右偏移，无法准确采集。科研人员在此基础上采取了均匀面阵的方式，但此时整个成像系统的复杂程度大大增加，不利于实际工作中的使用。

硬件系统是水下超声成像的重中之重，国外水下成像技术自上个世纪中叶便已经展开，而且水下成像大多运用于军事领域，国外对此技术大多持保密状态，因此自主研发高可靠性的硬件系统非常有必要。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种基于FPGA的水下稀疏阵列超声成像系统，采用稀疏基阵作为传感器基阵，减少了基阵阵元数量从而节约了硬件成本，降低了系统的运算量。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

本实用新型的一种基于FPGA的水下稀疏阵列超声成像系统，包括FPGA和依次连接的功率放大电路、逆变电路、稀疏基阵、低噪声前置放大器电路及增益补偿电路，所述增益补偿电路的输出端与FPGA的显示屏相连接；所述稀疏基阵包括发射阵元和接收阵元；线性调频信号通过所述功率放大电路和逆变电路转化为模拟量的LMF信号，并输入至所述发射阵元，所述低噪声前置放大器电路接收所述接收阵元发出的信号，并发送至增益补偿电路，所述增益补偿电路输出的补偿信号在所述FPGA的显示屏上显示。

上述发射阵元和接收阵元安装在同一块换能器基阵板子上。