基于FPGA的水声信号检测系统设计

刘毅 程锦房 肖大为 何光进

（海军工程大学兵器工程系，武汉 430033）

1 引言

对于需要在水下长时间工作的声信号检测系统，通常采用电池供电，因而往往要求元器件具有较低功耗，以延长系统的运行时间。在 FPGA芯片、DSP芯片、单片机中，FPGA芯片具有低功耗和高运算速度的特性，因而更适合用于水下系统。

MUSIC算法是一个可用于波达方向（DOA）估计的经典算法，其中包含一些不规则运算步骤，它们在FPGA中不易实现，鉴于此，本文将在基于FPGA系统中运用实用改进化的MUSIC算法判断水声信号源的方位。

2 FPGA简介

现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物，具有更高的集成度、更强的逻辑实现能力和更好的设计灵活性[1]。FPGA是由许多可编程逻辑块组成的数字集成电路，这些逻辑块之间用可配置的互连资源连接，用户可以通过编程将这些逻辑块连接起来实现不同的设计，它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点[2]。

作为一种高密度可编程逻辑器件，FPGA具有低功耗、功能强大、开发周期短、投资小、便于修改及开发工具智能化等特点，目前已被广泛应用于通信、航天、医疗电子、汽车电子、工业控制等领域[3]。

3 系统设计

系统的功能框图如图 1所示。传感器阵列的每一个传感器对应一路数据，同步接收声信号后，送预处理板对信号进行放大、滤波，提高接收信号的信噪比。……