1 引 言

在雷達及聲納信號處理系統中，波束形成算法通常采用DSP軟件編程實現，控制邏輯電路采用CPLD來完成，這種方法具有軟件編程靈活、功能易于擴展的優(yōu)點，但對于實時性能要求很高的系統，如雷達、聲納探測和超聲成像等系統中為了提高對目標變化實時跟蹤和測量，就必須盡量縮短信號處理的時間，過長的運算處理時間會對水下目標的探測性能產生較大的影響。聲納的檢測能力就會迅速下降，以至完全失去檢測能力，而自適應波束形成技術（ABF）就是聲納能夠根據周圍環(huán)境噪聲場的變化，不斷地自動調節(jié)本身的參數以適應周圍環(huán)境，抑制干擾并檢出有用信號。因此采用FPGA來實現自適應波束形成算法是滿足復雜海洋環(huán)境超聲陣列波束形成的較好途徑。

最小均方自適應算法（Least Mean Square，LMS）較其他自適應算法具有結構簡單，計算量小，易于實現等特點。FPGA實現LMS自適應波束形成算法比采用現有DSP來實現可以明顯提高信號的處理速度，節(jié)約資源，能更好地滿足復雜多變的海洋環(huán)境，具有廣泛的實用價值。

波束形成系統相當于一個時空濾波器，自適應波束形成系統可采用IIR和FIR兩種結構。與IIR濾波器相比，FIR濾波器具有以下優(yōu)點：可得到嚴格的線性相位；主要采用非遞歸結構，從理論上以及從實際的有限精度運算中，都是穩(wěn)定的；由于沖激響應是有限長度的，因此可以用快速傅里葉變換算法，運算速度快；FIR濾波器設計方法靈活。

本文采用自適應的FIR濾波器結構，結合時延最小均方（DLMS）算法，充分利用FPGA芯片運算速度快，存儲資源豐富等優(yōu)點設計和實現了基于FIR超聲陣列自適應波束形成。主動聲納信號為窄帶信號，通常采用復數形式表示，在空間濾波器模塊采用了循環(huán)移位流水乘加器，使復數乘加運算節(jié)約了大量資源，同時用并行乘法器完成了DLMS算法，并給出了系統軟、硬件模塊和仿真分析。

2 超聲陣列波束形成系統模型及原理

2.1 系統架構及原理

自適應波束形成又稱自適應空域濾波，他是通過對各陣元加權進行空域濾波，來達到增強有用信號、抑制干擾的目的