DSP并行處理在剖面聲納系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　隨著聲納技術(shù)的發(fā)展，對于聲納信號處理系統(tǒng)的信號處理能力也提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的主動聲納信號處理系統(tǒng)大多采用專用的硬件結(jié)構(gòu)來完成特定的數(shù)據(jù)處理任務(wù)，即換能器后端直接接入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換采集器，所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后送入數(shù)字信號處理器進(jìn)行處理。此類系統(tǒng)只適用于固定的換能器基陣或者固定的處理速度，一旦換能器基陣變化或者處理速度要求更高，系統(tǒng)就無能為力了。針對以上的局限性和實(shí)際項(xiàng)目要求多波束剖面聲納小體積系統(tǒng)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于IP網(wǎng)絡(luò)互連的、可擴(kuò)展的多波束剖面聲納并行處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用二片TI公司高性能網(wǎng)絡(luò)多媒體處理器TMS320DM642組成的板上流水線并行結(jié)構(gòu)作為一個處理節(jié)點(diǎn)，并借助IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)板間互連并行處理，可根據(jù)換能器陣元和處理速度的要求適當(dāng)增減處理節(jié)點(diǎn)的數(shù)目，由于各處理節(jié)點(diǎn)獨(dú)立存儲，融合數(shù)據(jù)上傳，非常適合搭載于小平臺的主動聲納信號處理。應(yīng)用于海底石油管線探測與定位的多波束剖面聲納系統(tǒng)，能夠以每秒10幀或者更高的速度完成海底石油管線探測與顯示。剖面聲納系統(tǒng)的每個處理節(jié)點(diǎn)與數(shù)據(jù)采集轉(zhuǎn)換部分采用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)連接，可以通過物理上添加一個或多個處理節(jié)點(diǎn)，成倍地提高系統(tǒng)的信號處理能力。

　　1 剖面聲納系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)

　　1.1 剖面聲納工作原理

　　剖面聲納工作在主動方式時(shí)，發(fā)射換能器垂直于被測海底發(fā)射一束圓錐形波束，聲波到達(dá)海底表面時(shí)，一部分能量被反射回來，產(chǎn)生一個很強(qiáng)的回波，另一部分能量透射進(jìn)入海底內(nèi)部，在海底內(nèi)部繼續(xù)向深處傳播。由于海底內(nèi)部介質(zhì)不連續(xù)（如海底的巖石、石油管線等），各介質(zhì)產(chǎn)生的回波能量，一部分被固體物質(zhì)散射而損耗，另一部分則反向散射回?fù)Q能器，這部分回波包含了海底內(nèi)部介質(zhì)的不連續(xù)信息。因而可以根據(jù)海底介質(zhì)的內(nèi)部回波很好地反映出海底內(nèi)部掩埋物體分布情況。根據(jù)機(jī)器人載體平行于海底運(yùn)動，換能器所接收的信號經(jīng)過接收機(jī)的處理傳輸?shù)剿现鳈C(jī)重建出海底內(nèi)部剖面的二維結(jié)構(gòu)圖，再根據(jù)機(jī)器人的測高、測距及定位聲納及后續(xù)處理便得到被測區(qū)域的三維剖面圖。