声纳图像动态范围扩展与FPGA实现
编者按：本文针对成像声纳扩展图像动态范围和增强图像细节的需求，提出了一种基于开方运算的动态范围扩展方法。基于课题组研制的多波束成像声纳原理样机的研制，分析了数据动态范围压缩导致图像细节丢失的原因及其对成像质量的影响，采用JPL快速平方根近似算法改善了开方运算FPGA实现过程的资源占用和系统延时。最后，对改进设计方案进行了实验验证，通过多波束成像声纳系统的消声水池实验证明了本文动态范围扩展方法的有效性和可行性，系统成像质量改善明显，达到优化设计的预期目标。
3 实验分析
采用标准信号源测试方法来检测开方运算对波束形成方向图性能的影响，图9所示为切比雪夫加权下截取方法和开方运算方法的帧数据方向图对比，可以明显地看到采用开方运算方法得到的波束方向图与理论仿真基本一致，主旁瓣都能够被完整的表现出来。
图10所示为开方处理前后在水池中对圆环测试的结果，画面显示的稳定性提高了不少，无需反复调整截取位就可以得到圆环的声学画面，细节刻画也很丰富，悬挂圆环的两根细绳也能够被清晰的显示出来，效果改善非常明显。
4 结论
本文基于课题组多波束成像声纳系统样机的课题研究，对系统存在的显示画面动态范围不足的问题产生原因进行了分析，采用基于平方根运算的数据动态范围压缩方法实现了声纳的成像细节增强，并通过引入一种快速近似算法提高了算法的实时性。最后，通过圆环的水池成像实验证明了本文设计方法的有效性，系统成像质量改善明显，达到了设计的预期目标。
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