文档介绍：密级:——编号:——高分辨率成像声纳数据接收系统的设计与实现工学硕士学位论文:工学硕士:信号与信息处理:水声工程学院硕士研究生指导教师学位级别学科、专业所在单位论文提交日期论文答辩日期学位授予单位:归美:卞红雨教授:年:哈尔滨工程大学分类号:
摘要近年来随着海洋开发和水下探测需求的日益增加,高分辨率成像声纳的研究越来越受到重视。目前,使用电子电路的传统高分辨率声纳通常具有较大的体积、较高的功耗和较低的图像更新率,而透镜声纳使用声透镜形成图像,能够克服这些缺点。本文研究了透镜声纳的工作原理、系统结构及技术指标,在此基础上设本文的重点是数据采集板和中央控制板的硬件设计,实现了疍转换、控制、怼⑹莼捍妗⑹荽虬按洹H砑矫妫瓿闪薋控制程序、涌诔绦虻谋嘈矗琖下的璞盖绦蛞约坝肭动程序进行通信的应用程序的编写及调试是软件设计的重要内容,采用传输方式、缓冲区乒乓缓存的技术,有效地实现了人机交互和对板卡的实时控制,满足了数据海量存储的要求。关键词:成像声纳;数据接收;计了用于透镜声纳的数据接收系统。哈尔滨工程大学硕士学位论文
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皇皇姿作者:学位论文原创性声明觏:妒旯縎哈尔滨工程大学本人郑重声明:本论文的所有工作,是在导师的指导下,由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献等的引用已在文中指出,并与参考文献相对应。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
第滦髀课题背景声纳是利用水下声波对目标进行探测和定位的设备,因而水面舰艇、潜艇、鱼雷、水雷、水下暗礁、鱼群及其它能发出声波或产生回波的水下物体,均可作为声纳的探测目标。所以,声纳在军事上和国民经济中具有广泛的用我国绝大部分浅海海域,包括渤海、东海等,海水混浊,能见度低,因此在进行高分辨率的水下探测时,需要清晰度接近水下电视的高分辨率成像声纳。研究近距离高分辨率声纳成像技术,无论是对堤坝、船体、水下建筑物等水下物体的表面探测还是对智能机器人的水声声视觉系统都是十分必要的。它能够提供物体表面的细节信息,能够使人们对水下物体有清晰的了解。虽然说在近距离的范围内,水下摄像机等一些视频设备有时也能够达到较好的效果,但其适用范围比较狭窄,成像效果受水文条件的影响很大,在水文条件不好的情况下,几乎不能使用。所以,在海洋资源开发、海洋工程、港目前,成像声纳的波束形成技术多采用电子电路或是数字波束形成的方法,它的规模和功耗会随着基元数量的增加而增加,数据吞吐量大,运算复杂。本课题摒弃了传统的设计方法,使用声透镜来实现波束形成,体积小、无功耗,且大大简化了电路规模。由于声透镜具有高分辨率和快的成像速度使得它能够得到高质量的声图像,这对于在混浊及黑暗的水域进行近距离声成像有着重大的意义,尤其适用于潜水员手持声纳或等水下潜器园。本课题设计的数据接收系统就是用于以该理论为基础开发的透镜成像用于透镜声纳的数据接收系统包括:数据采集板、中央控制板和水上主机。数据采集板完成对水下声信号的采集、处理和存储;中央控制板控制系统的工作,负责水下数据向水上的传输;水上主机完成图像的合成及显示。本论文的立足点是对水下数据进行实时的采集、存储和传输,以实现近距离高分辨率的成像。途‘。口建设、海事仲裁等民用领域都需要使用高分辨率成像声纳。声纳中。哈尔滨工稃大学硕十学佗论文
。由于本论文是基于透镜成像声纳系统而设计的,所以在此对透镜成像技术进行简要的介绍。传统的声纳系统为了在一个观测范围内形成波束扫描,使用的是机械或电子波束形成技术,电子波束形成技术使用一组水听器基阵和模拟或数字信号处理电路及相关算法来实现波束形成,求和延迟波束形成和窄带相移波束形成是两种应用较广的电路实现方法。信号处理电路的规模和所需的能量是随水听器基阵数目的增加而增大的,因此当需要大基阵时这就成为一个紧迫的问题,特别是在潜员携带式系统和水下自给动力声纳系统等便携系统中问利用声透镜技术的声纳系统较以前的声纳系统有着很大的区别,声透镜聚焦采用了与光学透镜聚光同样的方式,某一方向的声波经过声透镜后聚焦在一点,即焦点上;在焦点上放置一个接收基元,可以实现对该方向的波束接收。在聚焦平面上布放一个由多个基元组成的接收阵,采样后则可以接收到不同方向的入射声波,不同的采样时刻则对应着不同的距离。图是声图声线经声透镜聚焦的轨迹图题更为突出。哈尔滨檀笱妒垦宦畚
⒄垢攀离—米,图像传输速率搿O衷冢珹声纳的性能除了主瓣宽度、主旁瓣比、开角范围外,还包括透镜效率、聚焦深度等。通过对声透镜的合理