[發明專利]一種模塊化嵌入式側掃聲納系統

在審

• 申請號: 201710003038.8
• 申請日: 2017-01-04
• 公開（公告）號: CN108267744A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蘇州聲光達水下探測儀器有限公司
• 主分類號: G01S15/89
• 分類號: G01S15/89
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種模塊化嵌入式側掃聲納系統，包括模擬信號處理模塊、數字信號處理模塊和通信與顯控模塊；所述的模擬信號處理模塊包括換能器、發射機模塊以及接收機模塊，所述的數字信號處理模塊包括信號處理模塊和數據存儲模塊，所述的通信與顯控模塊包括實現信號采集處理，以及側掃聲納數據傳輸存儲的硬件邏輯電路以及與系統相匹配的聲納數據顯示軟件。本發明中，采用ARM+FPGA的SoC嵌入式系統，實現了高頻率、寬范圍的水下探測，系統可靈活的搭載在多種有纜或者無纜水下作業平臺上，具有很強的適用性。

技術領域

本發明屬于水下探測領域，涉及一種側掃聲納系統，具體地說是一種模塊化嵌入式側掃聲納系統。

背景技術

側掃聲納是海洋探測重要工具之一，其成像分辨率高，能得到連續的實時二維海底圖像，因此在海洋研究中被廣泛應用。側掃聲納的基本工作原理是：側掃聲納系統的換能器陣安裝在水下拖曳體的兩側，左右兩條換能器線陣分別向水中傾斜發射聲脈沖，照射出一條垂直航行方向的窄梯形海底，其中脈沖信號以球面波的形式向外傳播，遇到水中物體或是碰到海底后，反射波或反向散射波返回到接受換能器，回波信號幅度的大小反映海底起伏情況以及地質類型的軟硬信息。

從七十年代開始側掃聲納經歷了從舷掛式到拖曳式，從單頻到多頻、從單波束到多波束的發展過程，目前已經從傳統型側掃聲納拓展為測深側掃聲納、相干側掃聲納、多波束側掃聲納等多類型多元化的側掃聲納系統。但是，目前這些側掃聲納系統基本都是專門針對特定的拖曳體或者水下運動平臺設計，不僅電路結構分復雜，其造價和成本高，而且其通用性和靈活性受到很大限制。隨著科技的發展，水下作業平臺趨向于多樣化，同時聲納系統的結構也根據搭載平臺的特性進行著功能優化。傳統的側掃聲吶只能拖曳工作，并需要有電纜實時的把數據傳給上位機，而像AUV、UUV這類無纜水下機器人作業平臺，無法實時的上傳聲納數據，因此研究一種模塊化、嵌入式的適用性更強、可靈活搭載在多種水下作業平臺上的新型側掃聲納系統很有必要。

發明內容

針對上述問題，本發明結合傳統側掃聲納提供了一種精簡、優化的模塊化嵌入式側掃聲納系統。

本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

一種模塊化嵌入式側掃聲納系統包括模擬信號處理模塊、數字信號處理模塊、通信與顯控模塊；所述的模擬信號處理模塊包括發射機模塊、接收機模塊以及換能器，其中，所述的發射機模塊對數字脈沖信號進行處理并送至發射換能器，所述的接收機模塊對換能器接收到的海底散射信號進行放大、濾波等處理，并送至數字信號處理模塊，所述的換能器實現電信號與聲波信號之間的轉換，采用收發合置的形式；所述的數字信號處理模塊包括信號處理模塊和數據存儲模塊，所述的信號處理模塊對聲納信號進行采集、處理，所述的數據存儲模塊對聲納信號存儲以及對各種傳感器數據采集和存儲；所述的通信與顯控模塊包括實現信號采集處理、側掃聲納數據傳輸存儲的硬件邏輯電路以及與系統相匹配的嵌入式聲納數據顯示軟件。

本發明還包括這樣一些特征：

所述的發射機模塊包括：信號驅動轉換電路、功率放大器以及變壓器，其中，信號驅動轉換電路、功率放大器、變壓器依次電信號連接。

所述的接收機模塊包括：信號轉換電路、前置差分放大電路、程控增益放大電路、混頻電路、濾波器以及后置放大電路，其中信號轉換電路、前置差分放大電路、程控增益放大電路、混頻電路、濾波器、后置放大電路依次電信號連接。

所述的信號處理模塊包括：FPGA處理器、ADC模塊、DAC模塊、DDS模塊以及傳感器模塊，其中，以FPGA處理器為中心分別與ADC模塊、DAC模塊、DDS模塊以及傳感器模塊電信號連接。

所述的數據存儲模塊包括：聲納數據接收/發送模塊、ARM處理器控制模塊、可擴展數據存儲模塊以及數據導出模塊，其中，聲納數據接收/發送模塊、ARM處理器控制模塊、可擴展數據存儲模塊以及數據導出模塊依次電信號連接。