本发明专利技术提供的是一种用于透镜声纳的信号处理系统。包括放置在岸上或船上的控制整个系统运行并进行图像显示的水上主机和置于水下、负责接收并处理水下声信号、形成图像数据的水下数据接收子系统。所述的水下数据接收子系统与所述的水上主机通过同轴电缆及串口相连，通过串口接收水上主机的命令，通过同轴电缆实现数据水上水下的实时传输。本发明专利技术是用于透镜声纳的信号处理系统，通过包络检波器即可得到波束形成后的数据，无需复杂的信号处理，系统电路规模小，数据吞吐量小，成像速度快，通过对水下数据进行采集接收，无复杂的算法就能够实现水下图像的实时显示，从而实现高分辨率的水下探测，可广泛地应用在水下目标识别、声探测等领域。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种信号处理装置，具体地说是一种用于透镜声纳的信号处理系统。(二)
技术介绍
伴随着水下技术的日益成熟，用于水下勘探的目标成像技术越来越得到人们 的重视。研究近距离的高分辨率p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水下机器人的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。目前，国内外的成像声纳产品，无论是二维还是三维成像声纳，它们的共同 特点是采用电子或数字波束形成成像技术，增加了数字信号处理的复杂度；为了 提高探测的分辨率，就要提高成像声纳的工作频率和基元数量，这样使得电路规 模和功耗大为增加。以高分辨率多波束成像声纳(专利申请号200420063755.8)为例，它使用数 字波束形成技术实现近距离成像，其装置存在着明显的三个缺点首先，需要复 杂的信号处理算法，丌发困难；其次，需要大规模的信号处理电路，功耗大，成 本高；三是需要较高的采样率，数据吞吐量大，使得系统的成像速度慢。透镜声纳使用声透镜聚焦的原理，在无功耗的情况下形成成像波束，无需再 进行复杂的数字波束形成算法，从而使功耗和运算复杂度大为降低。(三)
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种体积小、功耗低、分辨率高、成像速度快的用于 透镜声纳的信号处理系统。本专利技术的目的是这样实现的包括放置在岸上或船上的水上主机1和置于水下的水下数据接收子系统6，水 下数据接收子系统6与水上主机1通过同轴电缆4及串口5相连，通过串口5接收水 上主机l的命令，通过同轴电缆4实现数据水上水下的实时传输；水上主机l包括 PC机2和PCI数据接收板卡3， PC机2上运行的是系统实时显示控制程序；PCI数据接收板卡3插入PC机2的PCI插槽中，二者通过PCI总线实现数据高速突发传输；水 下数据接收子系统6包括主控模块7和三个以16通道为单位进行数据采集的数据 采集模块8。本专利技术还可以包括1、 所述的主控模块7包括电平转换器9、单片机IO、主控制器ll、高速串行数据发送器12、总线收发器13，其中，电平转换器9、单片机IO、主控制器ll、 高速串行数据发送器12依次由电信号连接；主控制器11与总线收发器13由电信号 连接。2、 所述的数据采集模块8由信号调理部分14、模数转换器19、可编程控制器 20、 DSP21、 FLASH22、存储器23组成；其中，信号调理部分14、模数转换器19、 可编程控制器20依次由电信号连接；DSP21和FLASH22由电信号连接；DSP21和存 储器23由电信号连接。3、 所述的信号调理部分14包括前置放大器15、高通滤波器16、后置放 大器17、包络检波器18;其中，模拟信号依次经过前置放大器15、高通滤波器 16、后置放大器17、包络检波器18、模数转换器19转换为数字信号。各部分的作用说明如下水上主机1以PC机2为主，PC机2上运行的是实时显示控制程序，通过鼠标和 键盘进行工作参数的设置，通过串口5向水下接收子系统6发送控制命令，控制命 令包括设备启动、启动接收、数据存储、复位设备、关闭设备等，最后通过PCI 总线接收水下数据，根据接收的水下数据进行图像的合成及实时显示，并将这些 数据存入PC机2的硬盘中。PCI数据接收板卡3实际是水下数据接收子系统6与PC 机2的接口，通过同轴电缆4接收来自水下数据接收子系统6的数据，通过PCI总线 将接收到的数据传入水上PC机2中。PCI数据接收板卡3中运行的驱动程序采取兵 乓缓存技术，能够实现快速不间断的数据存储，更能够对数据进行高速有效的存 储。串口5和同轴电缆4负责水上、水下数据及控制命令的传输。水上主机l通过 串口5为水下数据接收子系统6提供控制命令，水下数据接收子系统6接收到的水 下声图像数据通过同轴电缆4传到水上主机1进行图像的合成及实时显示。单片机10通过串口5接收水4:主机1发送的控制命令，控制水下数据接收子系统6的工作。串口 5发出的RS232电平信号经由电平转换器9转换成TTL电平信号。主控制器11负责把系统的IL作参数装载到水下数据接收子系统6，接收控制 命令，产生启动数据采集模块8进行数据采集所需的控制信号的时序，接收采集 到的数据，由高速串行数据发送器13将并行的数据转换成串行的数据通过同轴电 缆4发送到水上的PCI数据接收卡3中。总线收发器13不仅完成了DSP21与主控制器11之间的总线信号输入、输出切 换，避免了总线的冲突，还完成了总线信号的驱动。数据采集模块8中的可编程控制器20产生模数转换器19所需的控制信号，并 将数据打包缓存到其内部的FIFO中，通过中断的方式存入DSP21中。DSP21接收包络检波后的数字信号，只需将数据解包，进行简单的归一化处 理，存入存储器23，无需复杂的波束形成算法，最终将数据传输到主控模块7中。 DSP21中运行的程序储存在外接&FLASH22中。与高分辨率多波束成像声纳相比， 无需进行复杂的信号处理，无需高精度、高工作频率的信号处理芯片。信号调理部分14将模拟信号进行处理，使之符合模数转换器19的要求。信号 调理部分14中的前置放大器15、高通滤波器16、后置放大器17、包络检波器18 依次由电信号连接。由于实际的信号很微弱，需通过前置放大器15和后置放大器17组成多级放大 电路，将信号进行放大，具有高输入阻抗，低输出阻抗，高增益带宽积，低噪声 的特点。高通滤波器16是利用运算放大器构建的有源二阶高通滤波器，能够有效的滤 出需要频率范围的信号，通带内外的抑制比达到40dB，提高了模拟输出信号的信 噪比， 一方面滤除掉接收信号中的噪声，另一方面为后面的模拟信号的数字化进 行抗混迭滤波。包络检波器18是利用运算放大器和肖特基二极管搭建的检波器，实现包络 检波的功能，克服了普通检波二极管做包络检波时，正向伏安特性非线性，小信 号检波失真严重以及温度敏感等问题，具有检波失真小，检波效率高且可调，等 效输入电阻大，等效输出电阻小的优点。运放采用0P37，该运放具有较高的增 益带宽积，良好的频率特性，输入阻抗高，偏置电流小，输入失调及温度漂移小； 二极管采用肖特基二极管，它具有开关频率高，正向压降低，快速恢复等性能，非常适用于检波。无需复杂的数字信号处理，即可直接得到波束形成后的信号， 另外信号的频率也会大幅降低，后端的模数转换器19无需高的采样率，数据量 降低，省去了后续的信号处理电路，较现有成像声纳，极大的降低了系统的工作 频率、电路规模及成本。 本专利技术的工作原理是该用于透镜声纳的信号处理系统还要与发射系统协同工作。该用于透镜声纳 的信号处理系统分为水上主机1及水下数据接收子系统6。水上主机l安装在岸 上或船体上，控制整个系统的运行，信息的实时存储及水下图像合成、实时显示。 水下数据接收子系统6置于水下，对水下信号进行接收、处理和传输。当需要探 测水下目标时，接通系统电源，根据海域具体情况以及实际要求，通过显示控制 软件设置工作参数，并把参数装载进系统，启动系统工作。发射系统发射声波进 行探测，同时启动水下数据接收子系统6进行数据接收，接收的信号是经过透镜 后的声波。主控模块7接收到开始命令后，同时启动三个数据采集模块8对信号进本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于透镜声纳的信号处理系统，包括放置在岸上或船上的水上主机［１］和置于水下的水下数据接收子系统［６］，其特征是：水下数据接收子系统［６］与水上主机［１］通过同轴电缆［４］及串口［５］相连，通过串口［５］接收水上主机［１］的命令，通过同轴电缆［４］实现数据水上水下的实时传输；水上主机［１］包括：ＰＣ机［２］和ＰＣＩ数据接收板卡［３］，ＰＣ机［２］上运行的是系统实时显示控制程序；ＰＣＩ数据接收板卡［３］插入ＰＣ机［２］的ＰＣＩ插槽中，二者通过ＰＣＩ总线实现数据高速突发传输；水下数据接收子系统［６］包括：主控模块［７］和三个以１６通道为单位进行数据采集的数据采集模块［８］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：卞红雨，王晓峰，归美，孙宗鑫，战卓，桑恩方，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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