基于FPGA的声呐信号数字预处理机的设计

介绍了一种基于单片FPGA的声呐信号数字预处理机设计方案。系统可以对30路换能器输出的模拟信号进行同步采样,采样数据在FPGA中依次进行正交解调、FIR滤波、波束形成等声呐信号预处理计算,减轻了上位机计算任务,解决了多阵元声呐设备中数据采集速度和数据处理速度难以匹配的瓶颈。     

基于计算机图形学的声呐图像生成方法

声呐图像由于采集困难,耗费的人力物力成本高,导致目前几乎没有公开的声呐图像数据集,其严重限制了声呐图像相关研究的进展。为了解决此问题,本文提出了一种基于计算机图形学的声呐图像生成方法,首先,通过场景建模、渲染获取海底地物场景的散射信息和深度信息,其次,通过回波生成计算模拟的原始回波数据,最后利用合成孔径成像算法对其进行处理得到生成的声呐图像。此外,考虑了海洋中常见的声压衰减和散斑噪声现象,并介绍了相关水声信息嵌入方法,可以进一步提高生成声呐图像的真实性。同时,可以通过控制拖体高度、目标高度、目标形状等参数来实现声呐图像的可控生成,能够有效缓解声呐图像数据集短缺的问题。     

拖曳线列阵声呐数据录取系统的设计与实现

为了满足拖曳线列阵声呐系统数据传输实时性高、数据量大的要求, 设计了一种基于PCI总线的数据录取系统。硬件方面, 系统采用PCI9054高效率DMA传输技术与外扩大容量FIFO相结合的方案, 实现了高速、连续的声呐数据传输; 软件方面, 系统结合基于双层乒乓结构的内存映射文件和多线程技术实现了数据的实时存储、处理及显示。模拟及现场实验结果表明, 该录取系统能稳定、可靠地实现声呐数据的实时存储、波形回显等功能, 能满足大规模声呐系统数据录取的要求。     

基于IEEE 1588的多基地声呐湿端时钟同步技术研究

多基地声呐技术将会在未来发挥越来越重要的作用;而基于以太网的声呐湿端数据采集与传输系统在多基地声呐应用中对时间同步技术提出了更高的要求和挑战;文章提出了基于IEEE1588v2标准的精确时间同步协议方案,并用支持IEEE1588的以太网交换机和PHY芯片实现了多基地声呐设备间的同步;测试结果表明,同步精度达到了亚微秒级别。     

水下声呐图像轻量级目标检测模型

水下AUV搭载声呐进行探测成为水下目标检测的主流方式，水下环境的复杂及声呐成像方式导致声呐图像分辨率较低，使用形态学目标检测等传统方法时检测精度与实时性不高，深度学习如YOLO等算法直接用于水下声呐图像目标检测时仍然面临样本少、模型参数多等挑战，为此，本文提出一种声呐图像水下目标轻量化检测模型。针对低分辨率声呐图像数据特点以及水下AUV自动检测对实时性的要求，以YOLOv4模型为主要框架，进行模型裁剪、替换优化特征融合模块、目标预测框K均值聚类以及改进损失函数等，将构建的检测模型应用于声呐目标检测。所构建的声呐图像水下目标检测轻量化模型的mAP相对于SSD、YOLOv3、YOLOv3-DFPIN、YOLOv4-tiny分别提高了0.0659、0.0214、.0402和0.1701。在mAP相较于YOLOv4、CenterNet、EfficientdetD0分别低0.0186、0.0093、0.0074的情况下，FPS分别相对于YOLOv4提升一倍多、相对于EfficientdetD0提升近5倍、相对于CenterNet提升近一倍。同时，本文提出的模型兼具高精度和实时性的优点。实验结果表...     

面向声呐图像水下目标分类的类脑SNN研究

声呐图像被广泛应用于复杂海况的水下救援和海底探测中,长时的人工搜索极易造成视觉疲劳而错失目标。无人潜航器可大幅降低搜索工作量和主观误差,但这取决于无人自主系统的能效和自动分类性能。卷积神经网络的训练和推理需要比较高的能耗,难以在无人潜航器的移动环境下部署和应用,而且声呐图像训练数据稀少和样本不平衡也增加了模型训练的难度。脉冲神经网络通过二进制离散的时序脉冲信号可以避免卷积神经网络中高昂的乘法计算代价,具有低能耗和高精度的特性。构建了可用于合成孔径声呐图像分类的浅层脉冲神经网络,设计了一种基于脉冲神经网络的小样本水下目标分类算法。采用基于风格迁移的模拟声呐图像生成方法和加权随机采样方法,缓解了声呐图像训练数据稀少和样本不平衡问题。实验表明,在声呐图像样本稀少和不平衡的情况下,算法的分类准确率高于ResNet50、VGG19和MobileNet V2等架构的卷积神经网络,达到91.11%。计算复杂度和能耗分析也表明,脉冲神经网络相比于卷积神经网络具有很大优势。脉冲神经网络是研究和实现类脑计算非常合适的模型,可满足无人水下航行器的移动计算需求,该研究对实现无人自主设备的智能应用具有先进的技术...     

基于双立方插值的多波束前视声呐数据可视化算法

针对现有的前视声呐数据可视化算法存在的边缘模糊等问题,根据多波束前视声呐成像机理,提出一种将双立方插值应用到声呐数据可视化中的算法。确定插值点的16个邻近回波点,计算每个回波点的距离权值和角度权值,最终将16个回波点的加权像素值作为插值点对应的像素值。仿真数据与Gemini720i前视声呐现场数据可视化实验结果表明:较之现有的可视化算法,本算法具有更高的峰值信噪比和更好的边缘保持效果,能够更有效地提高可视化得到的图像质量。     

岩溶精细化探测三维激光、声呐一体式扫描仪的研制与应用

为实现岩溶的精细化探测和三维数字化成果,研制了一套将激光和声呐扫描技术融合到同一套设备中的三维扫描设备。该设备的扫描方式可以在无水环境中的激光扫描和充水环境中的声呐扫描之间自动切换。通过逐层自动化扫描实现了岩溶内部形态的精确测量,并利用二维扫描成果构建了三维模型,可准确计算岩溶的大小、形状和走向,为工程设计、施工和评价提供了可靠的基础资料。     

新一代航空气记录设备

飞行记录设备是现代航空电子系统的重要组成部分，它记录的数据业已成为验证和鉴定飞机航空电子子系统最有效的依据，本文将详细介绍新一代航空飞行记录设备：固态盘的系统结构，硬件和系统软件。     

汽车行驶记录系统数据通信方式及其实现

数据通信是汽车行驶记录系统的重要组成部分。本文在分析6种常见记录仪数据通信方式的基础上．提出了一种RS232串口和GPRS相结合的通信方法，包括管理端计算机收到记录仪传来的数据后，对之进行解析、提取，将需要的数据存入到数据库的方法，以及利用RS232串口和GPRS方式进行数据通信时的程序流程图。     

大规模阵列信号处理机的FPGA设计

在雷达和声纳系统中，需要进行非常复杂的数据处理。目前解决这些问题的有效办法是将多个DSP组成阵列处理系统，以增加整体数据处理能力。针对系统的要求，采用基于CPCI的高速阵列信号处理板卡。该板选用AD公司的高性能浮点DSP处理器TigerSharc101，使整板具有14．4GFLOPS的峰值浮点运算能力，它提供Link Port来实现片间和板间通信。该文介绍了该板的原理框图，FPGA的实现结构，着重于Host接口逻辑设计。实践证明，该板具有了超强的运算能力，良好的扩展性。     

声纳实时信号处理机的ADSP21020实现

用ＡＤＳＰ２１０２０ 浮点数字信号处理器实现声纳数字信号处理机,使传统的声纳数字信号处理机大为简化,仅用３ 片ＡＤＳＰ２１０２ 芯片,再配上外围电路,即可实现对４８ 波束、３２ｋＨｚ 采样速率的输入信号进行处理,并输出至后置分机或显示控制台。研究结果表明,ＡＤＳＰ２１０ＸＸ系列ＤＳＰ芯片特别适合于多路数字信号处理。     

基于LabVIEW的噪声计电流数据处理软件设计

城轨列车的传导发射试验中对不对称编组列车和第三轨列车的噪声计电流测试需要同时使用多个传感器,并使用多通道示波器来采集多个牵引单元的噪声电流数据,通过后续处理求出加权后的噪声计电流.通过以太网口建立多通道的横河示波记录仪DL850与计算机的互联通信的方法,在LabVIEW编程环境下,设计基于LabVIEW的噪声计电流数据处理软件.测试结果表明,该软件能够将DL850采集的多通道动态时域电压信号存储至计算机中,实现多路时域信号相加、时域频域转换和频域信号加权计算,得到标准规定的噪声电流加权值,改善了城轨列车传导发射试验中数据处理的效率.     

基于FPGA的宽带多普勒测速声纳数字系统的设计与实现

针对多普勒测速声纳的高精度要求,采用宽带发射信号和相控阵波束形成技术,并利用FPGA在数据处理方面高速、并行、实时的特点,在以Altera StratixII EP2S60F484I4 FPGA为核心的系统上设计了宽带多普勒测速声纳数字系统,实现了采样控制及带通滤波、波束形成、相关运算等信号处理算法。测试结果显示,宽带信号能够更好地满足声纳系统高精度要求。     

相控阵三维声纳数据并行处理方法

为满足相控阵三维声纳系统对可视化处理的数据实时性和完整性要求,提出一种三维声纳系统高吞吐量数据的并行处理方法。通过对声纳数据的粗粒度划分,将处理过程进行任务划分并映射到多线程,实现主控板数据处理过程的流水线作业。实验结果表明,在高吞吐量情况下,该方法能将单横截面数据从获取到网络发传完成之间的时延控制在50 ms以下。     

数字图像声纳的数据采集与处理系统

对新型数字图像声纳系统中的高速多通道数据采集与信号处理部分的硬件设计和工作原理进行了论述。简述了数字成像声纳的工作原理．并提出了与成像声纳工作方式相适应的数据采集、缓存、传输和处理方案。详细讨论了多通道并行数据采集、缓存的机制．以及利用光纤进行远距离高速数据传输的实现方法和基于TMS320C6701的高速数字信号处理机的硬件设计和任务分配方法。     

基于FRIT循环抽样声纳图像去噪新方法

声纳图像背景复杂,对比度差,边缘恶化,不易判读图像边缘。对声纳图像执行小波变换能够有效去除噪声,但是由于小波的局限性,其对图像边缘的保持效果不佳。有限Ridgelet变换(FRIT)能够有效克服小波变换在处理高维信号时的不足,是一种有效处理二维奇异性信号的新方法。将FRIT处理技术应用在水下声纳图像去噪技术中,基于该方法提出循环抽样FRIT去噪算法,提高了处理结果的信噪比及边缘保持效果。在实验数据比较中,此改进算法优于其它经典方法。     

基于单片机的现场数据记载器

介绍一种以单片机为核心的现场数据记载器，它可以广泛应用于科研、生产等的现场取数，能够同时记录十张以上表格的数据，整个表格数据最后通过ＲＳ－２３２接口以标准ＤＢＡＳＥⅢ的格式送微机处理。本文主要介绍记载器的硬件组成、专用操作系统和配套的服务程序。     

数据仓库技术在飞参数据处理中的应用

用面向对象的方法来设计和描述飞参数据仓库的多维模式,实现了基于数据仓库技术的飞参数据处理系统。该系统能够有效地对庞大的飞参数据进行深层分析,为飞参数据的管理与处理探索了一种有效的模式。。