1747-L551 隨著聲納技術的發展，對于聲納信號處理系統的信號處理能力也提出了越來越高的要求。傳統的主動聲納信號處理系統大多采用專用的硬件結構來完成特定的數據處理任務，即換能器后端直接接入數據轉換采集器，所采集的數據經模數轉換后送入數字信號處理器進行處理。此類系統只適用于固定的換能器基陣或者固定的處理速度，一旦換能器基陣變化或者處理速度要求更高，系統就無能為力了。針對以上的局限性和實際項目要求多波束剖面聲納小體積系統，設計并實現了一種基于IP網絡互連的、可擴展的多波束剖面聲納并行處理系統。該系統采用二片TI公司高性能網絡多媒體處理器TMS320DM642組成的板水線并行結構作為一個處理節點，并借助IP網絡實現板間互連并行處理，可根據換能器陣元和處理速度的要求適當增減處理節點的數目，由于各處理節點獨立存儲，融合數據上傳，非常適合搭載于小平臺的主動聲納信號處理。應用于海底石油管線探測與定位的多波束剖面聲納系統，能夠以每秒10幀或者更高的速度完成海底石油管線探測與顯示。剖面聲納系統的每個處理節點與數據采集轉換部分采用TCP/IP網絡連接，可以通過物理上添加一個或多個處理節點，成倍地提高系統的信號處理能力。
1 剖面聲納系統工作原理及結構
1.1 剖面聲納工作原理
剖面聲納工作在主動方式時，發射換能器垂直于被測海底發射一束圓錐形波束，聲波到達海底表面時，一部分能量被反射回來，產生一個很強的回波，另一部分能量透射進入海底內部，在海底內部繼續向深處傳播。由于海底內部介質不連續（如海底的巖石、石油管線等），各介質產生的回波能量，一部分被固體物質散射而損耗，另一部分則反向散射回換能器，這部分回波包含了海底內部介質的不連續信息。因而可以根據海底介質的內部回波很好地反映出海底內部掩埋物體分布情況。根據機器人載體平行于海底運動，換能器所接收的信號經過接收機的處理傳輸到水上主機重建出海底內部剖面的二維結構圖，再根據機器人的測高、測距及定位聲納及后續處理便得到被測區域的三維剖面圖。
1.2 剖面聲納的系統結構
用于海底石油管線探測的多波束剖面聲納系統，既可以安裝在機器人的底部，也可以懸掛于機器人的前端，具有靈活安裝的特點。
根據系統實時性和準確性的考慮，將系統分為水下和水上兩個單元，中間用光纜連接。水下單元位于機器人ROV載體上，包括水下控制處理艙和換能器基陣兩個部分。水下控制處理艙主要包括DSP控制發射部分、發射機以及DSP并行處理部分；換能器基陣主要包括由寬帶大功率陣子組成的呈45°×5°指向性的發射換能器和具有9個陣元、每個陣元呈5°指向性的接收換能器，其中，接收換能器內部含有模擬信號調理電路板，能夠將換能器的模擬信號實時地轉換成數字信號并通過IP網絡實時傳輸到水下控制處理艙的DSP并行處理單元進行相關的信號處理。水上單元主要由水上主機構成，利用其串口實時控制發射信號的功率、發射幀率、采集時刻等，通過網卡接收水下單元DSP處理數據并通過VC++顯示程序進行剖面結構信息的實時顯示。剖面聲納系統結構圖如圖1所示。
接收換能器部分負責將接收換能器接收的模擬信號進行信號調理，包括放大、濾波、自動增益控制（AGC），并按照500kHz采樣率轉換成數字信號，然后通過網絡傳輸到水下控制處理艙的DSP并行處理單元。該部分采用網絡數據傳輸是因為：一方面由于網絡物理層數據傳輸速度快，可以滿足9路A/D的500kHz采樣率及16bit的數據輸出，使數據的傳輸與模擬信號的采集同步；另一方面，采用IP網絡互連既可以實現點對點的連接，也可以實現一點發送多點接收。這樣就可以實現主動聲納的分幀處理，即利用一個接收點處理一定幀的數據量，利用多個接收點處理一批幀的數據量，從而提高了系統的整體處理速度，使系統以更高的刷新幀率進行剖面結構的顯示。
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