无人驾驶和自主水下车辆越来越多地部署到映射海床，检测浸没物体，并完成需要高分辨率声纳系统的其他海底任务。
为了开发多菱形声纳系统进行高分辨率声学成像，工程师必须将声音传感器和其他模拟组件与数字信号处理（DSP）组件集成。在过去，模拟和数字设计是完全独立的流程：工程师设计了基于有限元方法和具有信号处理工具的数字组件的工具的换能器的压电元件。这种方法通常需要许多试验和错误迭代，增加成本和交货时间。此外，在不完全理解模拟组件的行为和特性的情况下，启动数字设计通常意味着模拟部分最终确定的数字设计的广泛返工。
在NEC，我们已经实现了一种基于Matlab模型设计的多滨声纳系统的新设计方法®和模拟万博1manbetx®。在一个环境中，我们模拟并模拟模拟传感器和它们与DSP组件一起运行的声场（图1）。这种方法使我们能够先于以前优化整个系统设计，验证其在DSP和FPGA原型上的功能和调谐参数，并按计划提供完整的系统。
图1. NEC的MultiBeam Sonar系统模型的高级图。
建模声场和传感器
我们使用相控阵系统工具箱™和符号数学工具箱™建模了MATLAB中的声场和声学传感器。使用部分微分方程建模声场;使用基于远场近似使用空间快速傅里叶变换计算的两个传递函数来建模换能器的行为。我们首先计算传输到目标的波的速度电位，然后计算从目标反射的波的速度电位（图2）。接下来，我们执行了逆快速傅里叶变换，并计算了换能器发射器和接收器之间的时域脉冲响应。
图2.显示从目标和海底反射的透射波和波的图。
我们的模型考虑了几种自然现象，包括目标和海床的反射系数，水中的声音，水下噪声以及陆地上的靶的声学阴影。为了微调我们模型中使用的光束模式，我们系统地改变了在100多个模拟中的阴影系数和换能器灵敏度，直到得到的声学图像与我们理想的图像紧密匹配。
用于信号处理组件的建模，模拟和生成代码
换能器和声场模型计算在换能器处接收的波形，并将此数据作为我们在Simulink中建模的DSP模拟器发送信号。万博1manbetx该模型调用信号处理工具箱™和DSP系统工具箱™的函数，执行一系列信号处理步骤，包括过滤和方向性合成，从而产生目标的声纳图像（图3）。
图3. 10米x 40m x 5m椭圆图位于表面下方50米的10m x 40m x 5m椭圆图，海底50米。
通过Simulink中的模拟验证DSP设计后，我们将设计的浮点元素转换为使用固定点Designer™万博1manbetx将设计的浮点元素转换为“修复点”。然后我们使用嵌入式编码器创建了一个原型系统®为我们的目标DSP和HDL编码器™生成C代码，以为Xilinx生成HDL代码®FPGA。我们使用该原型系统通过硬件循环测试验证数字设计，微调参数，以最大限度地提高最终生产版本的保真度。
用于额外项目的模型设计标准化
我们继续使用基于模型的设计来改进我们的声纳系统设计，我们已经在其他NEC产品系列中使用Matlab和Simulink更广泛地使用。万博1manbetxMATLAB和SIMU万博1manbetxLINK是唯一为SONAR设计的信号处理算法开发和声场分析，建模和仿真提供必要的支持工具，万博1manbetx以及用于在数字硬件上实现设计的嵌入式代码生成。
