波束形成是声呐技术研究中非常重要的一部分，能够提高输出信号的信噪比，抑制环境中的噪声和混响，同时还能检测水下目标的方位以及估算信号的到达方向。目前实现波束形成的硬件平台大多采用DSP芯片，其内部含有的内核数量有限，实时性能难以满足声呐越来越高的要求。FPGA作为可编程逻辑器件，随着近年来技术的不断发展，内部集成了大量DSP核和存储单元、逻辑单元，可以根据用户需求灵活配置，实现并行运算处理。因此，通过研究波束形成算法并将其映射到FPGA上，可以通过并行处理加快信号的处理速度，在实际应用中具有重要意义。　　本文主要研究了波束形成算法在FPGA上的一种高效实现结构，并在此基础上进一步研究了板卡和上位机之间的高速数据交换技术。本文的主要工作内容有:　　1.针对利用传统滤波器对多路数据同时进行滤波消耗大量乘法器的问题，提出基于FFA设计滤波器以节省FPGA资源消耗。设计了两路并行FIR滤波器，与传统并行滤波器对比，利用FFA设计的滤波器节省了25.71％的LUT资源和22.8％的FF资源。针对滤波器系数对称的情况，进一步设计了基于系数重构的两路并行滤波器，与直接采用FFA设计相比，LUT的占用率节省了18％，FF的占用率节省了7.8％。　　2.提出了一种基于快速FIR滤波器的波束形成系统实现结构，减少了乘法器的使用。完成了该结构的总体架构和各个子模块设计，利用Vivado软件对该设计进行了功能仿真、时序仿真、综合和资源消耗分析。对基于快速FIR滤波器和基于传统滤波器的波束形成结构在FPGA上实现时的硬件资源占用情况进行比较，基于快速FIR滤波器设计的波束形成结构节省了20.28％的LUT资源和8.31％的FF资源。　　3.针对水声信号处理中对数据实时传输的需求，完成了板卡和上位机之间基于PCI Express总线进行数据传输的相关设计。主要包括对PCI Express通信中各个模块的设计、功能仿真测试以及PCI Express传输速率的板级测试。对于PCI Express总线模块和DDR3存储器之间存在的跨时钟域和数据位宽转换的问题，采用了单个异步FIFO的设计方案，其处理速度与采用基于乒乓操作的异步FIFO设计方案相当，但节省了52.77％的LUT资源、57.33％的寄存器资源和25％的Block RAM资源。最后通过板级测试得到该设计的PCI Express传输速度在1x Gen1的条件下为209MB/s。