基于DSP及FPGA的水下目标定位系统数字信号处理模块设计

　　随着水下武器和水下航行器等水下目标的快速发展，对其进行定位和跟踪从而检验其性能的试验具有非常重要的意义，这也是水下目标试验场的重要工作内容。水下试验场的定位系统根据被测目标是否加装合作声信标，可以分为主动和被动两种方式。主动定位方式需要在水下目标上加装声信标，定位系统整个试验系统的同步时序控制下，通过接收及处理水下目标声信标发射的已知脉冲信号来实现目标的定位及跟踪;被动方式则仅通过接收及处理水下目标运动产生的辐射噪声，实现水下目标的定位及跟踪。对于水下目标定位系统的信号处理模块而言，两种定位方式的差异在于因系统的接收信号频率及信号体制不同而导致的系统硬件规模和处理性能不同。

　　1 系统的硬件设计

　　对于主动定位系统.水下目标的合作声信标发射的信号频率可达100kHz，因此为了满足工程应用所需的测量精度，信号处理模块的采样频率应不小于500 kHz。但是由于主动定位系统是在统一的同步时序下工作的，因此每个处理模块只要获得接收信号相对同步信号的时延即可，也就是说，每个处理模块只需进行一路接收信号与不同发射信号的时延估计。

　　而对于被动定位系统，目标辐射噪声的频率范围主要位于100 Hz～2kHz，因此信号处理模块的采样频率不小于10 kHz就可以满足要求。但是由于被动定位系统没有统一的同步时序，因此只能通过估计不同接收信号的相对时延来进行目标的方位估计，也就是说，每个处理模块所需进行处理的接收信号不小于2个通道。

　　深入分析主/被动定位方法的信号体制及相应的处理方法可知，主动定位系统所需的信号处理模块的硬件规模和性能要求较高，因此信号处理模块的硬件设计以主动定位系统的性能指标为主、兼顾被动定位系统的指标要求。

　　1.1 模块的硬件功能及组成

　　本文设计的数字信号处理模块的主要技术指标包括：

　　1)输入模拟信号：通道数为3路，信号幅度为-10～10 V，频率为100Hz～30kHz;

　　2)通讯接口：RS422口及RS232接口各1个，自定义的通用IO口16位;

　　3)输出模拟信号：通道数为2路，信号幅度为-10～10 V;

　　4)LCD显示屏：彩色触摸屏;

　　5)运算能力：实时进行水下目标定位。

　　根据水下定位系统的功能需求和上述的指标要求，采用基于DSP+FPGA的硬件架构进行数字信号处理模块的设计，如图1所示。其中FPGA实现系统的时序控制、各种接口转换、数字信号预处理(如FIR滤波、FFT运算)，而DSP实现系统的副本相关或互相关、包络检波等信号处理任务;这样既充分利用了FPGA的高度并行性和实时性，又充分使用了DSP的信号处理能力，使系统结构灵活、通用性强、运算能力强度，具有较好的工程应用参考价值。