[发明专利]一种嵌入式智能声探测系统

说明书

(一)技术领域

本发明涉及水声探测技术和信号处理技术领域，具体涉及一种嵌入式智能声 探测系统。

(二)背景技术

声波是一种水下传输各种信息的有效载体。水声探测技术是利用声波在水下 的传播特性，接收水下目标发出或反射的声信号，经过信号放大处理给出目标的 距离、方位等信息。随着水下机器人技术的蓬勃发展，应用于水下无人潜器的小 平台声探测系统也不断地发展。对于具有自主航行与自主作业能力的智能水下机 器人，其探测声纳必须具备较高的分辨率，并要在无人干预条件下完成对目标自 动探测定位。而高分辨率提高了系统需要处理的数据量，复杂的信号处理与目标 识别需要采用实时的多任务管理。

目前，水下声探测系统通常采用通用信号处理平台，配以通用操作系统下的 显示程序供用户使用，这类系统可以实现高分辨率的探测应用，但实时性差，需 要用户识别目标或进行二次开发。例如美国RESON公司生产的SeaBat6012声纳 就是一个典型的前视多波束图像声纳，该系统通过监视器给出目标和水下环境情 况；中国知网CNKI数据库中公开的《多波束前视声呐在潜器避障中的应用研究》 中采用工业PC104处理机进行应用开发。但应用于水下无人潜器的小平台声探 测系统需要实时运行，根据目标信息不断调整作业状态，以实现航行任务。与通 用信号处理平台相比，高速数字信号处理器件在大吞吐量数据的实时处理方面有 较大的优势。对于未知水下环境中高分辨率声图像，高速信号处理器更适合复杂 的信息处理。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种集成度高，功耗低，无人自动运行，具有实时处 理高分辨率声纳数据能力的一种嵌入式智能声探测系统。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的嵌入式智能声探测系统装配在水下无人潜器的电子舱中，其组成包 括嵌入式操作系统1、声纳图像处理模块4、扩展接口6、PCI总线接口9、声纳信 号模数转换模块10与网络接口模块11、连接模拟声纳信号的BNC同轴电缆12 和连接数字声纳信号的网络电缆13；声纳信号由模数转换模块10或网络接口模 块11接入声纳图像处理模块4，扩展接口6、PCI总线接口9与声纳图像处理模块4 电信号互连，声纳图像处理模块4连接嵌入式操作系统1。

本发明还可以包括这样一些特征：

1、所述的嵌入式操作系统1包括：实时操作系统VxWorks内核2和板级支 持包BSP 3。

2、所述的声纳图像处理模块4包括：嵌入式控制器ARM 5、可编程逻辑器件 FPGA 7和高性能信号处理器DSP 8；其中，模数转换模块10与FPGA 7由电信号 连接，网络接口模块11与DSP 8由电信号连接；ARM 5、FPGA 7和DSP 8由电 信号相互连接；PCL总线接口9从DSP 8扩展，由电信号互连；扩展接口6从ARM 5扩展，由电信号互连，是系统的控制与显示接口；VxWorks内核2和板级支 持包BSP 3的工作载体是嵌入式控制器ARM 5，并烧写在ARM 5的扩展非易失 存储器上。

3、所述的嵌入式控制器ARM 5包括：SDRAM114、以太网物理层芯片15、 调试串口16、多媒体存储卡接口17、FLASH118和串口RS232扩展芯片19； 其中，嵌入式控制器ARM 5通过外部总线接口EBI与DSP 8的主机接口HPI连 接，在控制上形成主从关系；通过外部总线接口EBI与FPGA 7由电信号连接； 扩展接口6由以太网物理层芯片15、调试串口16和串口RS232扩展芯片19 三个接口组成。

4、所述的高性能信号处理器DSP 8包括：FL ASH220和SDRAM221；其 中，DSP 8通过片上主机接口HP I与ARM 5由电信号连接；DSP 8通过片上外 部存储器接口EMIFA分别与SDRAM221、FPGA 7由电信号连接；DSP 8通过 外部存储器接口EMIFB分别与FLASH220、网络接口模块11由电信号连接； DSP 8通过片上PCI主从接口扩展PCL总线接口9。

5、所述的声纳信号模数转换模块10包括：分离帧同步信号22、模数转 换23和放大滤波24；其中，分离帧同步信号22与FPGA 7由电信号连接； 模数转换23、放大滤波24和FPGA 7由电信号依次连接。

6、所述的可编程逻辑器件FPGA 7分别与ARM 5、DSP 8和模数转换模块10 的控制信号和数据信号由电信号连接。