[發明專利]基于單FPGA的波束形成器輸出數據帶寬控制方法及裝置

有效

• 申請號: 201010594834.1
• 申請日: 2010-12-17
• 公開（公告）號: CN102156281A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發明（設計）人: 陳耀武;袁龍濤;韓業強
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01S7/52
• 分類號: G01S7/52
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明涉及FPGA技術及數字波束形成計算領域，具體來說是一種基于單FPGA的波束形成器輸出數據帶寬控制方法及裝置。

背景技術

波束形成計算是信號處理領域的一種常用的信號處理方式，在聲納信號處理、雷達信號處理、超聲波探測等領域具有很廣泛的應用。在這些應用中，如果探測或者掃描的范圍很大、實時性要求很高，經過波束形成計算后，得到的與每個空間位置對應的波束形成結果總數據量將達到極其龐大的規模，遠遠超過系統后續的數據傳輸和分析能力。因此，實際應用中往往需要通過選用合適的閾值，對波束形成器輸出的結果進行篩選，僅保留強度超過閾值的一部分波束形成結果，從而將后續待處理的數據總量控制在一定范圍。閾值的選取應該兼顧系統處理帶寬和目標波束的實際強度，使得在滿足系統處理帶寬的前提下，保留足夠的有效波束結果用于后續的分析和處理。

近些年，現場可編程門陣列(Field?Programmable?Gate?Array，FPGA)技術得到了快速的發展，FPGA開始應用于聲納、雷達等系統的數字波束形成算法(Digital?beamforming)，出現了一種新的數字波束形成器的解決方案。基于FPGA的數字波束形成器的實現方案同時利用了傳統軟件和硬件實現方案的優點，不但保證了系統的高性能，而且增加了系統的通用性、靈活性，因此正得到越來越廣泛的應用。同樣的，基于FPGA的數字波束形成器也面臨著上述提到的帶寬控制問題。

發明內容

本發明提供了一種基于單FPGA的數字波束形成器輸出數據帶寬控制方法，具備優良的實時性能。

一種基于單FPGA的波束形成器輸出數據帶寬控制方法，包括：

閾值比較步驟，用于將波束形成器輸出的當前波束形成結果數據中的波束強度值與閾值進行比較，得到比較差值；和判斷該波束強度值是否超過預設的波束形成強度最小值，得到判斷結果；

存儲器寫入控制步驟，用于根據所述的閾值比較步驟給出的比較差值，將波束強度值大于閾值的波束形成結果數據寫入到波束形成結果存儲器；所述的波束形成結果數據包括波束強度值與波束坐標信息；

其中，還包括：

允許存儲總量計算步驟，用于根據波束形成器輸出的當前波束形成結果數據中的波束坐標信息，計算本幀波束形成結果中，在當前坐標位置及該坐標位置以前的空間內，允許被存儲的波束形成結果數據總量；

實際已存儲總量統計步驟，用于統計在本幀波束形成結果中在當前坐標位置已經被存儲的波束形成結果數據總量；

存儲總量比較步驟，用于實時地比較在當前坐標位置允許被存儲的波束形成結果數據總量和已經被存儲的波束形成結果數據總量，得到比較結果；

閾值調整步驟，用于根據所述的存儲總量比較步驟得到的比較結果和所述的閾值比較步驟給出的比較差值和判斷結果，動態調整所述的閾值比較步驟所使用的閾值，包括：

將超過預設的波束形成強度最小值的波束強度值與閾值的比較差值計入到差值累加器進行差值累加，并將累加次數計數器加1，同時判斷累加次數計數器中記錄的當前差值累加器已完成的累加次數是否超過設定值，若是，結合所述的存儲總量比較步驟給出的比較結果和差值累加的結果，估計需要調整的步長，計算并更新閾值，同時將差值累加器和累加次數計數器歸零；若否，則不調整閾值，閾值調整步驟本次操作結束。

其中，所述的實際已存儲總量統計步驟包括：

用于根據閾值比較步驟得到的比較差值來統計實際已存儲總量，若比較差值為正，則波束形成器輸出的當前波束形成結果數據中的波束強度值大于閾值，該波束形成結果數據被計入實際已存儲總量，統計值加1；反之，則統計值保持不變。

其中，所述的實際已存儲總量統計步驟、存儲總量比較步驟直接由FPGA內部的DSP(數字信號處理)單元實現；允許存儲總量計算步驟、閾值比較步驟和閾值調整步驟內部的高速實時乘/加計算也采用FPGA內部DSP單元實現。

上述步驟以流水線方式循環進行，連續處理來自波束形成器的每一個波束形成結果數據。

本發明還提供了一種基于單FPGA的數字波束形成器輸出數據帶寬控制裝置，具備優良的實時性能。

一種基于單FPGA的數字波束形成器輸出數據帶寬控制裝置，包括：

閾值比較單元，用于將波束形成器輸出的當前波束形成結果數據中的波束強度值與閾值進行比較，得到比較差值；和判斷該波束強度值是否超過預設的波束形成強度最小值，得到判斷結果；

存儲器寫入控制單元，用于根據所述的閾值比較單元給出的比較差值，將波束強度值大于閾值的波束形成結果數據寫入到波束形成結果存儲器；

其中，還包括：