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基于FPGA的多波束声纳发射机与接收机模块化设计

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电子测量与仪器学报 2022年第1期36卷 141-148页

作者：龚泯宇郭世旭田皓文中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

为了满足多波束声纳系统中高声源级发射与多通道低噪声采集的需求,同时为了提高发射机与接收机的可扩展性,提出了一种高压脉冲发射模块以及一种多通道TVG(time variation of gain)采集模块的设计方法,并且采用FPGA作为逻辑控制芯片,在F... 详细信息

为了满足多波束声纳系统中高声源级发射与多通道低噪声采集的需求,同时为了提高发射机与接收机的可扩展性,提出了一种高压脉冲发射模块以及一种多通道TVG(time variation of gain)采集模块的设计方法,并且采用FPGA作为逻辑控制芯片,在FPGA内规划了发射模块与采集模块的触发时序。根据千兆以太网的传输带宽,设计了IP报文的数据格式,分析了数据传输路径,实现了实时数据采集。实验测试表明,在100 kHz工作频率下时,发射模块的声源级达到了200 dB,采集模块的本底噪声小于4μVrms,幅度一致性偏差为-6.94 dB,相位一致性偏差为0.25°。

关键词：多波束声纳脉冲发射多通道采集模块化设计 FPGA 千兆以太网

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多波束声纳和侧扫声纳数字信息的配准及融合

武汉大学学报（信息科学版） 2006年第8期31卷 740-743页

作者：阳凡林吴自银独知行金翔龙国家海洋局海底科学重点实验室山东科技大学基础地理信息与数字化重点实验室

提出了基于等深线和轮廓线的同名特征点配准法,它组合测深数据和回波强度图像信息,从等深线和轮廓线段中提取特征点,对同名特征点使用二次多项式拟合方法确定变形模型,实现不同数据源的配准。使用小波进行融合处理,采用交叉熵对结果进... 详细信息

提出了基于等深线和轮廓线的同名特征点配准法,它组合测深数据和回波强度图像信息,从等深线和轮廓线段中提取特征点,对同名特征点使用二次多项式拟合方法确定变形模型,实现不同数据源的配准。使用小波进行融合处理,采用交叉熵对结果进行评价。用模拟数据进行了验证,取得了理想的效果。

关键词：多波束声纳侧扫声纳配准融合

多波束声纳测深瞬间到达角和旅行时的精确确定

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武汉大学学报（信息科学版） 2006年第3期31卷 218-220,228页

作者：阳凡林赵建虎周丰年独知行国家海洋局海底科学重点实验室武汉大学测绘学院武汉市珞喻路129号430079 长江水利委员会长江口水文水资源勘测局江苏省太仓市浏河镇215431 山东科技大学地球信息科学与工程学院

详细论述了多波束测深系统的幅度检测方法,指出了传统的BDI和WMT检测方法的缺点,提出了回波最大强度优先法。它首先采用基于中值滤波、局部方差检测和小波分析相结合的方法来定位异常数据,然后将一个发射接收周期的幅度数据看作二维信号... 详细信息

详细论述了多波束测深系统的幅度检测方法,指出了传统的BDI和WMT检测方法的缺点,提出了回波最大强度优先法。它首先采用基于中值滤波、局部方差检测和小波分析相结合的方法来定位异常数据,然后将一个发射接收周期的幅度数据看作二维信号,从图像处理角度来分割高峰值区,从而得到高精度、可靠的DOA和TOA,并使用模拟数据进行了分析,证明了算法的优越性。

关键词：多波束声纳到达角旅行时

基于CPU+GPU混合架构的多波束声纳并行信号处理研究

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电脑编程技巧与维护 2022年第7期 135-137页

作者：王慧文许钢灿许栋来中国船舶第七一五研究所杭州310023 中国电子科技集团第二十一研究所上海200233

现有CPU(中央处理器)无法满足多波束声纳实时处理的要求,结合了CPU和GPU(图形处理单元)两者的优点,提出了CPU+GPU的混合编程架构,该架构可实现数据的两级并行处理,为多波东声纳信号的的实时处理及复杂算法的实现提供了解决方案。

关键词：多波束声纳并行处理 CUDA架构

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多波束声纳信号模拟器设计

多波束声纳信号模拟器设计

作者：王琦思哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

多波束声纳信号模拟器可以离开真实的水文环境,在实验室环境下模拟声纳回波信号,给声纳设备的调试带来许多便利。本文以多波束测深技术为背景,设计了一个通用的多波束声纳信号模拟器,可以提供不同类型的声纳回波信号,以供系统调机使用... 详细信息

多波束声纳信号模拟器可以离开真实的水文环境,在实验室环境下模拟声纳回波信号,给声纳设备的调试带来许多便利。本文以多波束测深技术为背景,设计了一个通用的多波束声纳信号模拟器,可以提供不同类型的声纳回波信号,以供系统调机使用。首先,基于平海底,构建了一个理想化的多波束声纳信号回波模型。介绍和分析了信号产生原理,二阶Delta-Sigma调制,验证了经过调制得到的编码信号,在经过相应的滤波器后,可以输出高信噪比的模拟信号。然后,根据具体要求,对整个模拟器系统的硬件平台进行了设计。设计了原理图,绘制了六层PCB,完成了硬件电路的焊接工作。整个硬件电路分为以下几个模块:电源模块、DSP模块、FPGA模块、多通道滤波子板。可以做到模拟的测量水深、覆盖扇面可变,输出信号的脉宽、频率可调,最多可以达到128路模拟信号输出。最后,对系统的各个模块进行了调试与验证,完成了设计所要求的基本功能,能够输出正确的多波束声纳回波信号。

关键词：多波束声纳模拟器回波信号 Delta-Sigma调制

多波束声纳图像入射角效应和镜面反射区异常的改正

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多波束声纳图像入射角效应和镜面反射区异常的改正

作者：王煜山东科技大学

学位级别：硕士

海洋环境具有高度动态的特性,这直接导致在海洋中工作的多波束声纳设备勘测数据不可避免地含有大量动态因素造成的误差,对勘测数据的误差处理自然成为多波束声纳数据处理的中心问题。多波束声纳系统采集的测深数据对其声纳数据的数据处... 详细信息

海洋环境具有高度动态的特性,这直接导致在海洋中工作的多波束声纳设备勘测数据不可避免地含有大量动态因素造成的误差,对勘测数据的误差处理自然成为多波束声纳数据处理的中心问题。多波束声纳系统采集的测深数据对其声纳数据的数据处理、误差改正是必不可少的。测深数据的精度决定了声纳数据误差改正的效果,测深数据的精度要通过声速的准确确定,对声波传播路径的精确跟踪的声线折射改正技术等才能得到有效提高。本文在解析多波束声纳系统勘测数据、获得测深精度较高的深度数据基础上,采用双线性内插法得到精确的深度数据匹配到多波束声纳数据中,为后继多波束回波强度数据的残差改正奠定基础。在前人研究水中声波传播规律的基础上,本文总结了在不同入射角条件下多波束声纳波束脚印面积和反向散射强度的计算公式,研究了多波束中央波束区域反向散射强度的数据异常问题,给出该区域数据的残差改正的一般性公式,尝试多种演算结果确定该公式的系数,并通过多组数据进行验证。实际回波强度数据处理结果显示,该公式可使多波束声纳图像中央波束区域的脊状假象得到有效削弱,一定程度上提高了图像的准确性和可靠性。

关键词：多波束声纳折射改正入射角残差改正

基于多波束声纳数据与反射模型的水下地形重建

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测绘科学 2011年第4期36卷 80-82页

作者：顾晨黄微李先华上海大学遥感与信息科学研究中心上海200072

利用多波束声纳数据重建水下地形,构建高空间分辨率的数字高程模型(DEM)对于在复杂水下区域的物质勘探、目标检测等方面有重要实用意义。然而,多波束声纳系统直接获得的测深数据空间分辨率有限。本文基于多波束声纳系统采集的稀疏测深数... 详细信息

利用多波束声纳数据重建水下地形,构建高空间分辨率的数字高程模型(DEM)对于在复杂水下区域的物质勘探、目标检测等方面有重要实用意义。然而,多波束声纳系统直接获得的测深数据空间分辨率有限。本文基于多波束声纳系统采集的稀疏测深数据(空间位置)和密集回波强度数据(图像性质)来构建水下复杂地形高空间分辨率数字高程模型。利用采集的水下稀疏测深数据,结合海底反射模型的声反射特性,使估算的回波强度数据逼近采集的回波强度数据。以此作为约束条件,求得高空间分辨率的测深数据,从而构建水下数字高程模型。通过实验结果,本文算法优于其他常用内插算法。这为利用多波束声纳数据进行水下地形的重建提供了新的研究思路,适合于深海。

关键词：水下地形重建多波束声纳反射模型回波强度

多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究进展

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山东科技大学学报（自然科学版） 2013年第6期32卷 75-83页

作者：阳凡林韩李涛王瑞富石波山东科技大学测绘科学与工程学院山东青岛266590 海岛(礁)测绘技术国家测绘地理信息局重点实验室山东青岛266590 山东科技大学山东省高校海洋测绘重点实验室山东青岛266590

介绍了利用多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究现状,以实例说明了多波束声纳水柱影像的典型应用,展望了其应用前景。多波束水柱影像携带了波束从换能器到海底的完整信息,可用于探测从海面至海底的声照射目标,包括探测航道障碍... 详细信息

介绍了利用多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究现状,以实例说明了多波束声纳水柱影像的典型应用,展望了其应用前景。多波束水柱影像携带了波束从换能器到海底的完整信息,可用于探测从海面至海底的声照射目标,包括探测航道障碍物、水雷和海底突起物等海底民用军事目标,检视水下工程,也可探测鱼群、海洋内波、羽状气流等中底层水域固体或非固体目标。通过改变波束照射方式,多波束声纳可兼作扇扫声纳,还可进行动态目标的探测与跟踪。多波束声纳水柱影像在水下目标探测中应用广泛,多波束声纳技术也发展迅速,典型特征是波束数增多、波束角减小、覆盖角度扩大、信号带宽增加、硬件体积缩小。高精度、高分辨率、三维立体测深成像将是未来多波束声纳的发展方向。未来多波束声纳技术将集成侧扫声纳、合成孔径声纳、扇扫声纳等多种水下声学成像工具于一体,其应用领域也将进一步拓展。

关键词：多波束声纳水柱影像目标探测反向散射

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多波束声纳计量测试系统设计

海洋测绘 2019年第3期39卷 63-66页

作者：柳义成韩鸿胜窦春晖陈允约交通运输部天津水运工程科学研究院

为满足多波束声纳量值溯源与传递需求,设计多波束声纳关键参数的计量测试系统。基于大比尺原型深水港池和多维运行控制机构,通过水下横向测距代替垂向测深的方式对多波束声纳进行了测深准确度与有效条带宽度的计量测试。阐述了测试系统... 详细信息

为满足多波束声纳量值溯源与传递需求,设计多波束声纳关键参数的计量测试系统。基于大比尺原型深水港池和多维运行控制机构,通过水下横向测距代替垂向测深的方式对多波束声纳进行了测深准确度与有效条带宽度的计量测试。阐述了测试系统的主要组成和测试方法,给出了本测试系统测深结果的扩展不确定度。参考标准值与示值(或标称值)比对结果表明,被检多波束声纳测深示值误差小于0.2%,条带宽度误差小于7%。为规范水下声纳设备技术指标校准,指导多波束声纳计量标准建设提供参考。

关键词：多波束声纳测深准确度有效条带宽度计量测试不确定度评定