[发明专利]基于单FPGA的波束形成器输出数据带宽控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及FPGA技术及数字波束形成计算领域，具体来说是一种基于单FPGA的波束形成器输出数据带宽控制方法及装置。

背景技术

波束形成计算是信号处理领域的一种常用的信号处理方式，在声纳信号处理、雷达信号处理、超声波探测等领域具有很广泛的应用。在这些应用中，如果探测或者扫描的范围很大、实时性要求很高，经过波束形成计算后，得到的与每个空间位置对应的波束形成结果总数据量将达到极其庞大的规模，远远超过系统后续的数据传输和分析能力。因此，实际应用中往往需要通过选用合适的阈值，对波束形成器输出的结果进行筛选，仅保留强度超过阈值的一部分波束形成结果，从而将后续待处理的数据总量控制在一定范围。阈值的选取应该兼顾系统处理带宽和目标波束的实际强度，使得在满足系统处理带宽的前提下，保留足够的有效波束结果用于后续的分析和处理。

近些年，现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)技术得到了快速的发展，FPGA开始应用于声纳、雷达等系统的数字波束形成算法(Digital beamforming)，出现了一种新的数字波束形成器的解决方案。基于FPGA的数字波束形成器的实现方案同时利用了传统软件和硬件实现方案的优点，不但保证了系统的高性能，而且增加了系统的通用性、灵活性，因此正得到越来越广泛的应用。同样的，基于FPGA的数字波束形成器也面临着上述提到的带宽控制问题。

发明内容

本发明提供了一种基于单FPGA的数字波束形成器输出数据带宽控制方法，具备优良的实时性能。

一种基于单FPGA的波束形成器输出数据带宽控制方法，包括：

阈值比较步骤，用于将波束形成器输出的当前波束形成结果数据中的波束强度值与阈值进行比较，得到比较差值；和判断该波束强度值是否超过预设的波束形成强度最小值，得到判断结果；

存储器写入控制步骤，用于根据所述的阈值比较步骤给出的比较差值，将波束强度值大于阈值的波束形成结果数据写入到波束形成结果存储器；所述的波束形成结果数据包括波束强度值与波束坐标信息；

其中，还包括：

允许存储总量计算步骤，用于根据波束形成器输出的当前波束形成结果数据中的波束坐标信息，计算本帧波束形成结果中，在当前坐标位置及该坐标位置以前的空间内，允许被存储的波束形成结果数据总量；

实际已存储总量统计步骤，用于统计在本帧波束形成结果中在当前坐标位置已经被存储的波束形成结果数据总量；

存储总量比较步骤，用于实时地比较在当前坐标位置允许被存储的波束形成结果数据总量和已经被存储的波束形成结果数据总量，得到比较结果；

阈值调整步骤，用于根据所述的存储总量比较步骤得到的比较结果和所述的阈值比较步骤给出的比较差值和判断结果，动态调整所述的阈值比较步骤所使用的阈值，包括：

将超过预设的波束形成强度最小值的波束强度值与阈值的比较差值计入到差值累加器进行差值累加，并将累加次数计数器加1，同时判断累加次数计数器中记录的当前差值累加器已完成的累加次数是否超过设定值，若是，结合所述的存储总量比较步骤给出的比较结果和差值累加的结果，估计需要调整的步长，计算并更新阈值，同时将差值累加器和累加次数计数器归零；若否，则不调整阈值，阈值调整步骤本次操作结束。

其中，所述的实际已存储总量统计步骤包括：

用于根据阈值比较步骤得到的比较差值来统计实际已存储总量，若比较差值为正，则波束形成器输出的当前波束形成结果数据中的波束强度值大于阈值，该波束形成结果数据被计入实际已存储总量，统计值加1；反之，则统计值保持不变。

其中，所述的实际已存储总量统计步骤、存储总量比较步骤直接由FPGA内部的DSP(数字信号处理)单元实现；允许存储总量计算步骤、阈值比较步骤和阈值调整步骤内部的高速实时乘/加计算也采用FPGA内部DSP单元实现。

上述步骤以流水线方式循环进行，连续处理来自波束形成器的每一个波束形成结果数据。

本发明还提供了一种基于单FPGA的数字波束形成器输出数据带宽控制装置，具备优良的实时性能。

一种基于单FPGA的数字波束形成器输出数据带宽控制装置，包括：

阈值比较单元，用于将波束形成器输出的当前波束形成结果数据中的波束强度值与阈值进行比较，得到比较差值；和判断该波束强度值是否超过预设的波束形成强度最小值，得到判断结果；

存储器写入控制单元，用于根据所述的阈值比较单元给出的比较差值，将波束强度值大于阈值的波束形成结果数据写入到波束形成结果存储器；

其中，还包括：