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随着水下声成像技术的快速发展，高性能的小平台成像声纳由于其体积小、功耗低、精度高等优点，在水下探测任务中得到了广泛的应用。
本文以基于L型基阵的小平台成像声纳系统设计为背景，首先讨论了基于L型基阵的三维声成像算法，然后分析了常规波束形成技术，确定了以相移波束形成方法作为三维声成像算法的理论基础。建立了三维成像模型，并利用Matlab软件对三维成像模型进行了仿真验证。通过对Matlab仿真结果的分析，确定了成像算法的可行性，为系统的具体设计与实现打下了理论基础。在基于L型基阵的三维成像算法的基础上，综合考虑了系统的性能指标要求和现有资源，将SOPC片上可编程技术运用于成像声纳系统的设计当中，充分发挥Avalon总线互联架构和软硬件协同设计的优势，构建了一个高性能的SOPC嵌入式系统，完成了主要由NiosⅡ处理器、UART通信接口构成的同步控制系统的开发；完成了主要由SDRAM接口逻辑模块、PCI9054本地总线转Avalon总线接口逻辑模块构成的数据缓存/传输控制系统的开发；完成了对正交变换算法、波束形成算法以及二维图像获取算法逻辑的实现。利用Matlab软件和Modelsim软件搭建了联合仿真平台，对所设计的功能逻辑和接口逻辑进行了RTL级的仿真验证。最后对系统中的硬件电路进行互联和调试，并在水池中进行了成像试验。试验结果表明，系统整体的运行状态良好，而且实现对水下目标的二维和三维成像，充分说明了系统设计方案的可行性以及L阵三维成像算法的正确性。