基于FPGA的宽带多普勒测速声纳数字系统的设计与实现

杨 威，李 迪，赵极远

（哈尔滨工程大学 水声工程学院，黑龙江 哈尔滨150001）

21世纪是一个船舶工业飞速发展的时代，无论从经济层面还是从军事层面，都对船舶和水下潜器的定位与导航技术提出了新的要求。从经济层面来讲，从事海洋运输行业的舰船航行中需要高精度的速度信息，对高性能定位导航设备需求迫切；从军事层面来讲，水下潜器需要合适的速度测量设备保障水下保密航行。因此，开发依据声学原理的水下测速设备具有积极的意义[1]。

在水声定位与导航领域，目前主要依赖于多普勒计程仪实现定位导航功能。多普勒计程仪是利用声波测量舰船绝对运动速度的设备。在已知舰船起始位置和航向信息的情况下，能够通过推算为舰船提供位置信息。宽带发射信号相对于窄带发射信号具有更高的频率分辨率，回波能够携带更多的频移信息，从而更有利于速度信息的测量。面对大量数据的高速处理，使用FPGA(Field Programmable Gate Array)代替传统DSP(Digital Signal Processor)可以更好地完成接收信号的实时处理，这也是本论文研究的出发点。

1 多普勒测速声纳原理

当收发合置换能器相对于海底运动时，换能器接收到的反射信号频率将会高于或者低于发射信号的频率，这种由于相对运动所引起的接收频率改变的现象叫做多普勒效应[2]。设声速为c，收发合置换能器发射频率为fT的脉冲，舰船在海面上以水平速度分量vx向前运动，经过推导，接收信号相对发射信号的多普勒频移为：