文档介绍：维普资讯
徐文等:无缆水下机器人水声图象处理系统设计
无缆水下机器入水声图象处理系统设计∞
年日收到, 月日修回
、徐文汪玉
彳厂. 中旨下『苹院氟崭北京
一
摘要、夕
水声图象处理系统是无缆水下机器人的重要智能系统, 它以高速数字
信号处理器为核, 实时地完成水声图缩和水声目标参数计算包括妨碍航行的障
骱关键词:垄趋丝查工墨冬,查圈塞垄,篓数李字芸信号处理器,阁\
一
、引言
年代后期,为适应深海海洋资源开发的需要,无缆水下机器人的研制受到了各发
达国家的普遍重视。可以对深海海域进行详细考察和目标搜索,一旦找到目标,还可以靠近
目标进行近距离的观察,有着广泛的应用前景
声纳技术在中起着重要作用。上装有多部声纳,用于成象的有声象声纳、侧扫声纳、
浅地层剖面仪等。在水下获得声图象,进行分析和处理,可以得到水下目标物的视觉信息。对
水声图象的处理是智能的重要体现。此外多普勒声纳可以测量航速、流速和相对海底的高
度,其中高度信息可在水声图象处理中参考使用。系统水面控制台与水下载体的通讯是通过
水声通讯机完成的,包括往上传迭的传感器数据、载体状态和往下传迭的控制指令等。
计划自动化领域于年开始了“探索者号”无缆水下机器人的研制,防碰和声图象传
输是机器人的两项重要功能,并通过对声象声纳数据的实时处理来完成。为配合该项目的进行,
年开始进行声图象解释及建模技术研究,研究内容包括水声图象统计特性、图象预处理、图
象分割与目标形状分析、图象压缩、特征提取、水声目标参数计算、水下目标识别等。部分算法
已经安装在无缆水下机器人水声图象处理系统上, 完成了机器人水声图象传输和防碰的水池实
验。
本文将给出无缆水下机器人水声图象处理系统的设计以及水池实验结果。
二、水声成象的基本原理
一个成象声纳系统主要由换能器、发射机、接收机和控制/显示部分组成。换能器在发射脉冲
的激励下, 向海底发出声波束,传播到海底的声波发生散射,其中一部分返回声纳, 由接收机进
行放大、补偿、检波等处理,得到从海底不同位置返回的声波幅度,随着换能器的平移或旋转,各
波束数据以图象方式显示出来
通常,在声图中,首先出现的是发射线,接下来的一段区间回波很弱,原因是声波在水体中
①计划贲助项目
维普资讯
高技术通讯】.
传播没有遇到障碍物。根据声纳在水体中的位置,第一个回波来自水底或水面,海底线之后是海
底混响、目标回波。伸出海底的目标将阻挡声波到达目标后的一段区域,产生阴影区图叫。
水声成象是一个复杂的物理过程。在上述几何
关系的基础上,
确理解水声图象。这些因素包括:海面影响、与声
纳设计有关的目素、声传播过程中的折射和散射、噪
声、声影与目标的关系等,其中海底反向散射特性
又称海底混响是识别海底类型的重要依据,在水
声蚺记录
声成象中起着重要的作用。蔑射线海底目标声量;
Ⅱ二豆要蚕耍
三、水声图象处理系统设计球面,
圉水声成象的几何关系
在“探索者号”无缆水下机器人中,声象声纳
位于机器人首部,通垃换能器的机械转动以扇形扫描的方式工作,对正前方士。扇形区域成象,所