[发明专利]基于FPGA的三维动态海杂波计算装置

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的三维动态海杂波计算加速器，主要解决现有技术不能对大尺寸长时间的三维空时相关海杂波快速模拟的问题。本发明包括FPGA芯片、SD卡和外部存储器，该FPGA中设有均匀分布随机数生成器、非线性滤波模块、功率谱数据处理器、二维海杂波计算器、时间维海杂波计算器、数据传输控制模块、SD卡读写控制模块、数据归一化模块、时钟分频模块、复位管理单元和AXI直接存储器存取模块。其中，SD卡与FPGA的一组引脚连接，用于储存数据；外部存储器与FPGA的另一组引脚连接，用于数据缓存。本发明计算精度高，计算的三维空时相关海杂波满足实际需求，可用于仿真大尺寸长观测时间的三维空时相关海杂波。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，尤其涉及了一种三维动态海杂波计算加速装置，可用于仿真动态海面电磁散射时在空间上的X和Y方向以及时间T三个维度上的回波变化情况。

背景技术

现有的模拟海杂波的统计方法主要有零记忆非线性变换方法和球不变随机过程方法。使用统计模型仿真海杂波多为对一维的海杂波时间序列的模拟，或者是对空间某一方向上一段距离的海面的二维海杂波进行模拟，而使用统计模型仿真三维动态海杂波的很少。

现有的使用FPGA对海杂波模拟的专利主要针对一维和二维情况，如申请号为201610575798.1，名称为“一种韦布尔杂波序列的发生装置及方法”的专利申请，其首先生成随机序列，然后分别使随机序列通过高斯序列变换装置和频域相关特征函数变换装置进行计算，生成具有频域特征的高斯随机序列，再通过零记忆非线性变换装置把高斯随机序列进行非线性变换，得到时间相关的韦布尔杂波序列。申请号为201610587067.9，名称为“一种二维时空相关对数正态杂波实现方法及电子设备”，其先采用FPGA计算生成表征时间相关对数正态杂波序列的第一矩阵，再根据特征相关常数计算二维空时相关的第二矩阵，再通过高斯序列生成器计算得到高斯分布的第三矩阵，最后通过矩阵乘法计算得到二维空时相关的海杂波。

上述两项专利申请的不足是：只能对一维海杂波时间序列或者二维空时相关海杂波进行模拟，不能对一片区域的三维海杂波进行快速有效的仿真，无法满足实际需求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于FPGA的三维动态海杂波计算加速装置，以在短时间生成大量三维动态海杂波的仿真数据，实现在仿真动态海面电磁散射时对三个维度的数据计算的需求，扩大动目标与海面复合电磁散射的计算区域。

为实现上述目的，本发明包括FPGA、SD卡和外部存储器，该SD卡与FPGA的一组引脚连接，用于储存功率谱数据和FPGA计算得到的三维海杂波结果，该外部存储器与FPGA另一组引脚连接，用于缓存从SD卡读取的功率谱数据和FPGA计算中间结果，该FPGA中设有均匀分布随机数生成器，及改变随机序列概率密度分布为对数正态分布的非线性滤波模块，其特征在于，FPGA内部还包括：

功率谱数据处理器，用于使用输入的均匀分布随机数计算得到随机相位，根据该随机相位与功率谱数据计算功率谱数据处理结果A，并输出给二维海杂波计算器；

二维海杂波计算器，其具有内部数据缓冲区，用于缓存功率谱数据处理器输出的结果，缓存区存满后使用其中的数据计算每个时刻的空间二维高斯随机场；

时间维海杂波计算器，其具有内部数据缓冲区，用于缓存从外部存储器中按照时间维度取出的一维数据，并使用该一维数据计算随机时间序列，输出给非线性滤波模块；

数据传输控制模块，用于控制功率谱数据处理器、时间维海杂波计算器从外部存储器读取数据，并控制二维海杂波计算器将计算结果放入外部存储器，等待时间维海杂波计算器调用；

SD卡读写控制模块，用于从SD卡中读取数据，并将外部存储器中的数据保存到SD卡中；

数据归一化模块，用于把二维海杂波计算器计算得到的结果调整为均值为零，方差为1的零均值随机场；