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三维声纳系统分级波束形成FPGA设计的开题报告

一、题目

三维声纳系统分级波束形成FPGA设计

二、研究背景、目的及意义

随着科技不断进步，声纳系统作为一种在水下环境中探测目标物的有效手段得到了广泛的应用。声纳技术在军事、测绘、海洋研究等领域都有着重要的应用。而波束形成则是声纳技术发展的一个重要分支。波束形成是指利用一定数目的发射器和接收器形成集中式发射和接收能力，从而增强指向性，提高波束的保护能力。分级波束形成是波束形成技术中的一种，通过分级延迟和加权提高波束的指向性。

在现有的技术中，分级波束形成系统常常采用DSP等通用处理器实现，但是这样的设计会带来较大的时间延迟和功耗等问题。而对于复杂三维声纳系统而言，这些问题更加突出。因此，本文旨在研究三维声纳系统中的分级波束形成中，采用FPGA进行设计实现的方法。FPGA具有低功耗、高速度、可编程性等优势，能够有效解决上述问题。

三、研究内容及方法

本文的研究内容主要涉及三维声纳系统中的分级波束形成FPGA设计。具体来说，包括以下几个方面：

1.分级波束形成算法的设计与实现。

首先，需要对分级波束形成算法进行设计，包括分级加权和分级延迟等部分。分级加权是指通过在不同级别上添加不同的加权系数，增强波束指向性。分级延迟是指在每个级别上增加一定的延迟，使得信号能够在一定程度上相位对准，从而提高指向性。

2.FPGA设计实现与优化。

本文将采用Verilog语言在FPGA平台上进行设计实现。在设计过程中，需要充分考虑FPGA的可编程性和灵活性，并针对分级波束形成的特点进行针对性优化。

3.仿真与实验验证。

为了验证本文所提出的FPGA实现方案的准确性和可行性，将进行大量的仿真和实验。具体来说，采用Modelsim等仿真工具进行设计验证，并利用实际硬件进行现场测试，以验证系统的可靠性和稳定性。

四、研究进度计划

第一周：了解分级波束形成算法及相关知识；

第二周：进行FPGA平台的研究，包括FPGA的特点、优缺点等；

第三周：针对分级波束形成特点设计优化FPGA硬件结构；

第四周：进行Verilog编程，进行分级波束形成FPGA设计实现；

第五周：进行仿真验证，对FPGA设计实现进行测试；

第六周：对实验数据进行分析及结果总结；

第七周：对论文进行初步撰写；

第八周：根据指导老师的意见，进行论文修改及完善；

第九周：对论文进行细节优化、论文排版及审查；

第十周：论文答辩。

五、预期达到的研究成果

通过本文的研究，预期达到以下几个成果：

1.设计出基于FPGA的三维声纳系统分级波束形成方案，并进行实际测试；

2.深入了解分级波束形成算法及其在三维声纳系统中的应用；

3.学习并掌握Verilog语言在FPGA设计中的应用；

4.在实践中发现和解决与分级波束形成相关的问题；

5.撰写完整的研究论文，并在答辩中对论文及研究成果进行展示。