發(fā)布時間：2021-02-15 20:12

　　隨著海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略體系的提出,海洋探測領(lǐng)域受到的關(guān)注日益增長。作為海洋探測的關(guān)鍵技術(shù)之一,多波束成像聲納具有測深、避障、定位等多種用途,在水下目標(biāo)定位、海上應(yīng)急救援、沉積物打撈等領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。為此,本文研究開發(fā)了基于嵌入式GPU的多波束成像聲納數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以嵌入式GPU模組Jetson TX1為核心,配合高性能FPGA,實現(xiàn)對四條線陣共400路聲學(xué)信號的同步采集、傳輸與數(shù)據(jù)處理工作。本系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)和信號處理子系統(tǒng)兩部分,數(shù)據(jù)接收子系統(tǒng)首先對接收換能器的模擬輸入信號進(jìn)行信號調(diào)理和A/D同步采樣,再通過Spartan-6 FPGA對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行DFT計算,并將結(jié)果以并行方式傳輸給信號處理子系統(tǒng);信號處理子系統(tǒng)通過Artix-7 FPGA實現(xiàn)對DFT數(shù)據(jù)的接收與緩存,并通過PCIe總線將數(shù)據(jù)上傳至Jetson TX1模組完成波束形成計算和互譜法方位估計,最后將結(jié)果發(fā)送至上位機(jī)進(jìn)行實時顯示。本文對所設(shè)計的硬件系統(tǒng)進(jìn)行測試,各項結(jié)果均滿足指標(biāo)。在整機(jī)湖試中,系統(tǒng)可以對水下二維聲學(xué)圖像進(jìn)行實時顯示,對目標(biāo)進(jìn)行定位并標(biāo)注三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)具有成像清晰、實時性強(qiáng)、探測范圍... 

【文章來源】：浙江大學(xué)浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：96 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１?Ｋｌｅｉｎ?４９００側(cè)掃聲納系統(tǒng)及河床成像結(jié)果??

像速．度和較高的成??像精度［１５］。但由于旁瓣干擾的影響，成像質(zhì)量無法達(dá)到單波束機(jī)械掃描聲納的??水平。目前國外的多波束成像聲納系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入商業(yè)化模式，產(chǎn)品類型多樣，??可以適應(yīng)各類場景的應(yīng)用需求，在水下探測、水文調(diào)查、地形繪制、測深等各??種領(lǐng)域都得到了廣泛的使用。諸如美國、日本、丹麥、加拿大等國都有商業(yè)化??的產(chǎn)品生產(chǎn)［１６］。??ＲｅｓｏｎＳｅａＢａｔ７１２５?ＳＶ２型多波束測深系統(tǒng)是美國Ｒｅｓｏｎ公司應(yīng)用于２５米??以內(nèi)水深的淺水型雙頻高分辨率多波束成像聲納系統(tǒng)，其外觀如圖１．２所示，??性能參數(shù)如表１．３所示。該系統(tǒng)換能器采用Ｔ型設(shè)計，安裝方便簡單，可以安??裝于小型測量船上實現(xiàn)河道測量、生態(tài)環(huán)境調(diào)查等用途。??圖１．２?Ｒｅｓｏｎ?ＳｅａＢａｔ?７１２５?ＳＶ２多波束聲納系統(tǒng)??４??

浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文???表１．３ＲｅｓｏｎＳｅａＢａｔ７１２５ＳＶ２多波束聲納參數(shù)表??參數(shù)?性能指標(biāo)??工作頻率?２００ｋＨｚ／４００ｋＨｚ??量程?５００ｍ?＠２００ｋＨｚ，?２００ｍ?＠５００ｋＨｚ??探測范圍?１２８。Ｘｌ．ｌ°?＠２００ｋＨｚ，１２８。Ｘ０．５４。＠５００ｋＨｚ??距離分辨率．?最�。叮恚�??上傳幀率?５０Ｈｚ??最大波束數(shù)?２５６＠２００ｋＨｚ，?５１２＠５００ｋＨｚ??數(shù)據(jù)上傳?以太網(wǎng)，１Ｇｂｉｔ??工作水深?最大２５ｍ??３）三維成像聲納：三維成像聲納能夠?qū)λ氯我庖暯莾?nèi)的目標(biāo)進(jìn)行三維空??間的實時聚焦成像１１７］，具有很高的分辨率和實時刷新率，是實時獲取水下目標(biāo)??．三維信息的最佳手段。如圖１．３所示為Ｃｏｄａ?Ｏｃｔｏｐｕｓ?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ實時三維成像聲??吶系統(tǒng)及成像結(jié)果。其可利用相控陣技術(shù)產(chǎn)生１２８ｘ１２８個波束１１８］，使水下信息??精確地以三維圖像顯示，距離分辨率僅為ｌｃｍ。??ｍｍｉ??圖１．３?Ｃｏｄａ?Ｏｃｔｏｐｕｓ?Ｅｃｈｏｓｃｏｐｅ三維聲納系統(tǒng)成像結(jié)果??但實時三維成像聲納系統(tǒng)需要大量的換能器陣元、體積龐大的信號預(yù)處理??電路和數(shù)字信號處理硬件電路｜１９］，還要對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行實時處理，其研發(fā)難度??和成本都較高，難以滿足小型化、低功耗的需求。??＞國內(nèi)聲納研發(fā)現(xiàn)狀??在國內(nèi)，成像聲納技術(shù)的研發(fā)力量還主要集中在科研院所和軍工企業(yè)，基本??是基于國家及部隊項目的驅(qū)動進(jìn)行研發(fā)，盡管國產(chǎn)化率比較高，但產(chǎn)業(yè)化及技術(shù)??配套相對薄弱｜１５］。下表１．４列出了國內(nèi)對海洋聲學(xué)探測的主要研究機(jī)構(gòu)。??５??

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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[7]組網(wǎng)聲納目標(biāo)跟蹤技術(shù)[D]. 劉威.哈爾濱工程大學(xué) 2017
[8]基于FPGA的存儲控制器及相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)研究[D]. 董星.浙江大學(xué) 2017
[9]便攜式三維聲納實時成像系統(tǒng)硬件設(shè)計[D]. 陳加洋.浙江大學(xué) 2014
[10]多波束成像聲納系統(tǒng)硬件平臺設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 楊成.南京航空航天大學(xué) 2013



本文編號：3035467