海底三维声学图像实时处理系统设计

结合多核CPU硬件PC平台,设计了一种海底三维声学图像实时处理系统,主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号,通过两级FPGA信号处理,采集多通道水声信号,进行实时电子聚焦波束形成。为了解决海量声学数据快速传输问题,数据传输控制子系统未采用传统用户空间TCP/IP传输机制,而是直接通过嵌入式PowerPC处理器在Linux内核态采用DMA通道进行声学数据转发,减少系统调用和数据拷贝开销,有效提高网络传输效率。针对海量声学数据实时处理需求,PC客户端图像处理系统通过对复杂、耗时的单帧重建和数据拼接算法模块根据声学数据点的角度范围进行等分分割,对每个子范围声纳数据采用多线程并行处理,均衡多个CPU核之间负载,实现高性能三维声学图像实时处理。通过室内水池和湖试实验,结果表明该系统能够实时高效地进行三维声学图像采集、传输与处理。     

高频地波雷达实时信号并行处理方案及实现

近些年,随着高频地波雷达技术的发展,大量的遥感数据给实时信号处理带来了巨大的挑战。高频地波雷达信号处理机的主流设计方案通常采用DSP+FPGA技术或基于高性能CPU技术来实现信号的实时处理,但DSP+FPGA方案中系统的软硬件耦合较为紧密,开发周期长且不易维护,而高性能CPU技术对计算机性能要求较高,大大增加了硬件成本。在保证信号实时处理的前提下,为了缩短开发周期,提高系统的可维护性和降低开发成本,本文基于CPU+GPU架构设计了的信号处理方案,实现了高频地波雷达实时信号处理的基本流程,获取了目标的距离信息和速度信息。实验结果表明,本文提出的CPU+GPU架构下的信号处理方案与同期中央处理器(CPU)运算平台相比,具有10倍以上的加速比,验证了方案的可行性。     

“鹰式一号”漂浮式波浪能装置冗余监控技术研究

随着波浪能发电装置研究的深入,急需探索一套可靠的、完善的波能装置状态信息采集和控制的技术方案。根据"鹰式一号"波能装置的特点,开发了通过无线串口通信的移动PC监控子系统和基于DSP的具有数据存储功能的SD卡监控子系统两套独立的监控模块,实现了"鹰式一号"波能装置发电数据实时无线监控和装置内自动采集及存储。采用不同技术路线的冗余设计,提高了发电装置实海况实验监控系统的可靠性。实验表明,该系统性能稳定,运行成本低,两套数据实时、全面,具有互补性,对分析发电装置实海况性能、推动波浪能开发具有重要的意义。     

JPEG2000航测图像压缩系统中9/7小波的优化设计

为了满足航测图像高质量且实时传输的要求,在系统中采用了JPEG2000图像压缩算法,设计了一种基于DSP芯片TS201S上的9/7小波实现方案。该方案中的数据传输采用以"行"为单位的概念,节省了片内内存空间;利用芯片中的双运算模块实现数据运算的完全并行;通过DMA中断节省了片内外数据传输时间。实验结果表明,采用优化后的9/7小波提升算法运行的时间缩短了66.7%,提高了压缩系统的实时性能。     

海底底质声学参数测量系统设计

海底底质声学参数测量系统用于测量海底沉积物的声速和声衰减参数,它由水上主控子系统和水下测量子系统构成.水上主控子系统由工控机、数据传输接口和GPS定位模块组成,实现实时控制、数据处理与记录功能;水下测量子系统由声系、数据采集和传输模块组成,完成水下声波信号数字化及数据上传.水上设备与水下装置间通过电缆建立低速的下行命令信道和高速的上行数据信道,数据通讯采用曼彻斯特编码调制方式.水上计算机通过下传命令实时改变数据采集模块的控制参数,能够在各种环境条件下获得最佳测量效果.实验证明,仪器测量达到预期效果.     

主动声探测信号的捕获与回波重构电路设计

针对主动声探测脉冲偶发、短时、超声、单频、大动态的特点，传统的微弱信号采集电路已不能满足对其探测捕获的需求。提出了一种多级放大多路同步采集的电路系统，对预处理的信号进行多级放大。 由 DSP 同时对多级输出信号进行采集与识别，将采集的某路合适信号进行分析并重构回波。该方法有效地提高了系统的实时性，满足实际情况下对主动探测脉冲的捕获与分析重构。     

船载多传感器综合测量系统点云实时显示技术

船载多传感器综合测量系统集成了三维激光扫描仪、多波束测深仪、GNSS、IMU、传感器稳定平台等传感器,采用非接触式的测量方式同步获取水上水下地形,在海岸带和海岛礁测绘中有巨大的应用价值。由于测量瞬时数据量大,系统点云实时显示是采集软件的重要组成部分。在有效地控制时间同步的前提下,优化数据融合效率,采用VTK(visualization toolkit)技术实现了海岸线上下一体化点云实时显示,有效地提高了系统的信息挖掘能力和现场决策支持能力,最终实现了水上水下一体化测量。     

海洋多道地震拖缆数据实时传输系统的设计与实现

为满足深拖式高分辨多道地震勘探需求,设计并实现了海洋地震拖缆数据的实时传输系统。系统由数传包与地震采集站连接组成,采用推荐标准485(Recommended Standards 485,RS485)串行总线实现了采集站与数传包的物理连接,利用低电压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling,LVDS)、预加重/均衡器、8位/10位(8 bit/10 bit)编码等技术实现了数传包之间的通信链路。设计了无等待反馈重传的差错控制方法,提高系统高效性和可靠性;在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)内部采用先进先出(First Input First Output,FIFO)构建多优先级任务队列的多级流水线设计,解决了大容量数据并发而产生的数据漏帧问题。在实验室用已知正弦信号对系统进行了对比测试,结果表明系统能够满足海洋多道地震勘探的数据传输需求,对于海洋多道高分辨率地震资料的可靠获取具有重要的意义。     

水声调制解调器数据传输技术的研究与实现

该文研究了π/4-DQPSK调制解调的原理及其在水声modem数据传输技术的应用。通过采用TI公司的TMS320VC5416芯片,在DSP硬件开发系统环境下仿真实现了水声MODEM的数据传输。解决了π/4-DQPSK调制解调等DSP算法的几个关键问题,并在此基础上对整个通信系统进行了调试。调试结果证明了基于π/4-DQPSK调制算法应用于水声modem数据传输技术中可获得较好的效果,可以作为实际系统数据传输的一种可靠的调制方式。     

基于LabVIEW虚拟仪器技术的海洋环境监测数据采集与处理系统

介绍一种基于LabVIEW虚拟仪器技术的数据采集与处理系统。该系统以单片机和计算机为硬件平台,采用高精度16位Σ-ΔA/D转换器AD7705对采集到的信号进行A/D转换,通过串口进行数据通信,实现了叶绿素浓度的计算机自动采集、实时数据显示、分析和数据管理等功能。该实现方案还可用于温度、盐度等参数的高精度自动数据采集系统,在海洋环境监测中具有推广应用的现实前景。     

基于DSP和CPLD的数字ADCP信号处理系统

利用声学多普勒流速剖面仪(ADCP)测量流速是20世纪80年代初发展起来的一种流速流量测验新技术。文章介绍了一种以DSP和CPLD为核心的数字ADCP信号处理系统,阐述了系统工作原理、系统结构和软硬件设计。系统以TMS320C5410芯片作为系统控制和信号处理的核心,采用数字滤波和直接数字合成技术为接收和发射模块,提高系统的速度到10ns运算级,极大的降低了输入输出信号的漂移,水体空间分辨率达到1m。     

天津沿海风暴潮实时监测预报系统

本文简要介绍了天津沿海风暴潮实时监测预报系统建设的必要性和系统的结构、功能、组成等方面的概况。该系统将实时监测技术、计算机网络技术与信息处理技术有效地结合起来，实现了潮汐、风速、风向等监测参数在无人值守情况下的连续、自动观测和计算机网络系统的实时接入与发布。它的建立一方面可为管理部门、预报部门和生产部门提供实时的监测信息，另一方面可在风暴潮来临时为领导决策提供历史资料和预报信息。它的应用对减少海洋灾害的损失，促进风暴潮减灾防灾体系的建设起到了积极的作用。     

利用高速DSP器件实现水下视频图像的数字化

以美国ＴＩ公司的第五代ＤＳＰ器件ＴＭＳ３２０Ｃ５０组成的水下视频图像数字化系统,利用独特的软件采集方法灵活地实现３种不同点阵数的图像数据采集,系统同时采用“内存页扩展”的方式实现了可以达４Ｇｂ（ｂｙｔｅｓ）容量的外部数据存贮的扩展,系统还设计了Ｃ５０芯片与高速Ａ／Ｄ及存取时间为７０ｎｓ的静态ＲＡＭ两种一同速度外设的接口电路,该系统较好地实现了水下视频图像模拟信号在规定时间内的数字化以及相应的数据笮     

水声信道中一种抗多途跳频通信的研究

水声通道系统是当代海洋开发和海洋环境立体监测中的重要技术组成部分，广泛应用于海洋监测、海洋资源勘探和开发等方面。然而，水声信道的随机起伏、时－空－频变的多途特征使水声通信技术成为当代最为复杂的通信技术之一。本文介绍近年来在高速水声通信方面的一些研究进展，讨论了一种利用高速数字信号处理器（DSP）实现水声信道跳频通信的方案，并探讨了该方案在调制信号设计及信号处理实现上所采用的关键技术。     

基于GPRS的大地测量数据实时传输和处理系统的设计与实现

外业数据采集与内业处理检核的时空阻隔问题一直是制约大地测量数据生产效率的瓶颈,提出建立基于GPRS网络的大地测量数据的传输处理系统,详细设计了系统各模块的功能以及数据的传输控制方法,可实现外业端数据的实时、可靠传输和内业自动检核处理,提高大地测量数据生产的效率。     

基于小波变换和零树法的水声信道彩色图像压缩编解码研究

基于小波变换和“改变了的”零树法编解码原理 ,结合水声信道的特点 ,构建了一个以 DSP为核心的图像处理系统。在不同压缩比的情况下 ,完成了对一幅 6 4× 6 4点阵的静态彩色图像数据的压缩和解压缩。当压缩比与传统的 JPEG算法的压缩比相近的情况下 ,解压缩后图像的总体观感效果有明显的改善 ,从而对在水声信道中传输彩色图像作出了积极的尝试     

多波束测量声速剖面采样间隔优化选取

针对多波束测量声速剖面采样间隔合理选取问题,首先介绍了常声速分层声线跟踪法与常梯度分层声线跟踪法基本原理及实现方式,其次基于两种声线跟踪方法分析了声速剖面采样间隔对多波束测深的影响规律,并利用三次样条插值法对声速剖面进行了层化处理以获取不同采样间隔声剖数据,最后结合限差要求,对采样间隔进行了优化选取,实验结果表明,常声速分层声线跟踪法较常梯度分层声线跟踪法对声剖采样间隔更为敏感,在给定限差范围内合理确定采样间隔,既能保证测量的精度又能提高算法运行效率,分析结果对多波束测深数据采集质量的实时监控和实时声线跟踪具有一定指导作用。     

基于多源数据融合的典型海岛三维形貌表征方法研究

随着海岛开发利用和基础设施建设的频繁,高效、精准地获取海岛形态基础数据就显得尤为迫切。三维地形地貌探测和构建技术的日臻完善,及时解决了海岛基础勘测时间长、效率低、精度小的问题。文章通过三维激光扫描和无人机航测手段,全覆盖扫描广西小庙墩(炮台口)海岛表面形态,结合RTK-DGPS实测验证和近景摄影测量,获取海岛实景,运用Geomagic Studio和Smart3D等软件,构建典型海岛三维数字高程模型(DEM),融合多源数据和海岛实景,还原海岛高精度仿真三维形态。为高精度勘测海岛提供有效手段,为海岛基础地理信息获取、地质灾害识别和生态环境修复提供基础数据支撑。     

双通道实时数据采集处理系统的设计与实现

本文提出了一种基于 TMS32 0 C31串行接口的双通道实时数据采集处理系统的设计与实现方案 ,该设计以 TMS32 0 C31和 TL C32 0 AD5 0 C为核心器件 ,具有两个独立的 A/D,D/A通道 ,能够实现 32位浮点计算和 16位数据采集与回放。应用该系统进行归一化最小均方误差 (Normal-ized L east Mean Square,NLMS)算法实时自适应噪声抵消实验 ,实验结果表明 ,该系统能够实现实时的自适应噪声抵消 ,可广泛应用于实时语音信号处理等领域。     

船载风控大容量气溶胶采集系统的开发和应用

在"我国近海环境综合调查与评价"的海洋气溶胶调查研究中,开发研制了新型船载风控大容量气溶胶采集系统。该系统由风向风速控制器、大容量采样器、自动控制器和抗风防雨防腐蚀箱体等组成。经过海上2 a 4个季度的海洋环境作业,表明该系统具有的大容量采集海洋空气体积,满足海洋气溶胶的微量组分的检出要求;具有的风速风向控制系统,能有效避免所采集的大气气溶胶样品受到船上发动机排出烟尘污染的影响。该系统还具防海水降雨、防腐蚀、结构牢固、流量稳定及抗风能力强等优点。系统采用单片机控制信号的采集、处理和显示,配有温度和压力补偿编程设定以及断电保护、自动修复等功能。海洋现场使用表明,该系统设计合理、数据可靠、灵敏度高,可满足海上大容量气溶胶采样要求。