[发明专利]一种基于ZYNQ的侧扫声纳信号处理方法

说明书

一种基于ZYNQ的侧扫声纳信号处理方法，包括以下步骤：1)在PL端利用FIFO存储器、自定义DMA读取数据模块、EMIO以及AXI_HP接口逻辑单元实现读取PS端外部DDR3共享内存里的AD原始采集数据；2)将步骤1)中的AD原始采集数据利用FIR IP核、Block RAM IP核、乘法器IP核以及CORDIC IP核进行数字正交解调、低通滤波降采样、匹配滤波处理；3)在PL端利用FIFO存储器、自定义DMA存储数据模块、PL‑PS中断以及AXI_HP接口的逻辑单元实现将步骤2)中的处理结果存储到PS端外部DDR3共享内存里。本发明可以有效的提高侧扫声纳信号处理的速度以及精度。

技术领域

本发明属于数字信号处理及水下探测领域，涉及一种侧扫声纳的信号处理方法，具体地说是一种基于ZYNQ的侧扫声纳信号处理方法。

背景技术

侧扫声纳是一种利用回波测深原理来探测海底地貌和水下物体的海洋探测设备，又称旁侧声纳或海底地貌仪。侧扫声纳系统的换能器阵一般安装在水下拖曳体或是舰底的两侧，左右2条换能器线阵分别向水中倾斜发射声脉冲，照射出一片以换能器为中心的窄梯形海底，然后通过处理海底后向散射回波强度生成明暗不同的声纳图像。侧扫声纳在上位机组成图像之后，会受到水下复杂环境和设备本身的影响，相比于光学图像，其具有噪声污染重，对比度低等显著特点，需要后期结合数字图像处理技术进行改善。

侧扫声纳技术起源于上世纪50年代，经过半个多世纪的发展，已经从传统的单波束侧扫声纳延伸为测深侧扫声纳、多波束侧扫声纳等。但是目前这些侧扫声纳的信号处理系统不仅电路结构非常复杂，而且通用性和灵活性受到很大限制。随着科学技术的发展，对侧扫声纳的功能要求越来越高，比如需要实时上传声纳数据，因此需要利用最新的处理器实现这些功能要求。

对于脉冲体制的侧扫声纳来说，作用距离和距离分辨率是相互制约相互影响的矛盾关系。为了解决这个矛盾关系，提出了脉冲压缩理论，试图通过发射大时宽的信号来实现大的作用距离，在接收的时候将信号进行脉冲压缩处理，使宽脉冲变成窄脉冲以实现更好的距离分辨率。

ZYNQ平台是美国Xilinx公司推出的行业第一个可扩展处理平台(ExtensibleProcessing Platform，EPP)，是一款将双核Cortex-A9 ARM处理器与低功耗可编程逻辑紧密集成在一起的全可编程片上系统(All Programmable SoC)，它将ARM处理器的软件可编程能力及强大的控制能力与FPGA的硬件可编程能力完美结合，能够实现可扩展、可定制、优化系统的功能，其应用主要涉及视频监控、汽车驾驶员辅助以及工业自动化等需要高速处理与计算性能的高端嵌入式领域。

ZYNQ平台由PS与PL两部分组成，PS部分以双核Cortex-A9 ARM处理器为核心，集成了内存控制器和大量的外设，提供了全面的操作系统支持。PL部分基于Xilinx 7系列FPGA架构，采用28nm技术，具有低功耗、小型化、信号处理能力强大等特点，提供了通用硬件可编程资源，可用于扩展子系统，具有丰富的扩展能力。因此ZYNQ平台受到了人们越来越多的关注，其应用也越来越广。

发明内容

为了克服现有侧扫声纳信号处理方法的处理速度较慢、效率较低的不足，本发明提供了一种基于ZYNQ的侧扫声纳信号处理方法，其可极大地提升信号处理速率和效率，从而缩短计算时间，提升效能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于ZYNQ的侧扫声纳信号处理方法，包括以下步骤：

1)在PL端利用FIFO(First Input First Output，FIFO)存储器、自定义DMA读取数据模块、EMIO以及AXI_HP接口等逻辑单元搭建读取PS端外部DDR3共享内存里的AD原始采集数据的通路；

2)在PL端利用FPGA独有的并行计算的优势，利用IP核实现数字正交解调、低通滤波降采样、匹配滤波处理；