论文题目: 高分辨率多波束成像声呐关键技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 信号与信息处理
作者: 张小平
导师: 桑恩方
关键词: 成像声纳,多波束,高分辨,并行处理技术,拓扑网络,数字波束形成技术,实时聚焦延时算法,声学图像
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 近二十年来，随着海洋资源开发和海洋防卫技术的快速发展，对高分辨率成像声纳的需求越来越迫切，作为水下探测的重要手段，在水下高速目标的轨迹测量、海底地形地貌的绘制、水下目标识别、无人水下作战平台的声探测引导、舰艇的避碰和航空母舰等大型舰船防蛙人袭击的警戒中发挥着重要作用。同时，在水下援潜救生领域中，通作对水下目标的构造、姿态及周围水环境的清晰认识，能够为援潜救生方案提供必要的技术支持，而且还能够实时监测水下作业和监督方案的可靠性实施。 本文以国家“863计划”自动化领域中的“堤坝安全检测水下机器人”项目为主要应用背景开展的，提出了一种基于并行互连拓扑网络的实时高分辨率多波束成像声纳系统方案，并围绕系统的设计与实现展开了一系列关键技术的研究工作。主要研究内容包括：并行处理系统的性能分析研究；并行互连拓扑网络结构研究，并详细讨论了反图拓扑网络；在上述并行处理互连网络研究的基础上，进行了多DSP节点的声纳信号并行处理系统的设计与实现研究；然后，针对数字内插、流水线-延时-采样-聚焦和Delta-Sigma等三种数字波束形成技术进行了研究，并基于实时性研究了动态延时聚焦算法。最后，所实现的高分辨率多波束成像声纳结合实际的探测需求，进行了应用实验研究。 第1章绪论部分阐述了课题提出的背景和选题的意义，回顾了高分辨率成像声纳的发展历程以及在国内外的研究应用情况，给出了成像声纳基阵的技术指标和具体设计，介绍了实时并行处理技术的研究与发展现状，本文的主要研究内容和组织结构。 第2章论述了高速数字信号处理器的特点和性能，对基于DSP的三种并行处理体系结构进行了分析研究。在此基础上，研究了并行处理技术，建立了并行处理系统的数学分析模型。接着研究和分析了并行处理系统设计中的流水线技术的特点和性能。对静态互连网络拓扑结构和动态互连网络拓扑结构进行了研究，，并对一些常用的网络拓扑结构进行了定量对比分析。在二维反图拓扑结构的基础上，研究了结合静态互连网络和动态互连网络优点的反图拓扑结构。
论文目录:
第1章 绪论
1.1 论文研究背景和意义
1.2 高分辨率成像声纳综述
1.2.1 高分辨率成像声纳国外发展现状
1.3 高分辨率多波束成像声纳关键技术的研究内容
1.3.1 声纳基阵设计技术
1.3.2 数字波束形成技术
1.3.3 并行信号处理技术
1.3.4 关键技术研究内容
1.4 高分辨率多波束成像声纳基阵设计
1.4.1 接收基阵结构
1.4.2 发射基阵结构
1.5 本文的研究内容和结构
第2章 基于多DSP的实时并行处理技术
2.1 高速数字信号处理器与并行体系结构
2.1.1 数字信号处理器概述及特点
2.1.2 基于数字信号处理器的并行体积结构
2.2 并行处理技术的研究
2.2.1 并行技术模型
2.2.2 并行处理算法的性能评价
2.2.3 并行处理系统的流水线技术
2.3 节点互连网络拓扑结构研究
2.3.1 静态互连网络拓扑结构
2.3.2 动态互连网络拓扑结构
2.3.3 基于交叉开关的二维反图拓扑互连网络结构研究
2.4 本章小结
第3章 基于C64X的多DSP声纳信号并行处理系统
3.1 多DSP并行处理系统设计思想
3.1.1 基于共享存储器的多DSP并行处理系统
3.1.2 分布式多DSP并行处理系统
3.1.3 群式多DSP并行处理系统
3.2 基于C64X的多DSP声纳信号并行处理系统设计
3.2.1 基于共享总线的反图拓扑互连网络结构
3.2.2 并行处理系统总体结构设计
3.2.3 共享总线
3.2.4 串口配置网络接口
3.2.5 并行处理系统存储区地址全透明映射策略
3.2.6 基于C64X的主机控制分系统的设计
3.3 基于PnP技术的并行处理分系统
3.3.1 即插即用技术(Plug and Play)
3.3.2 即插即用技术的实现形式
3.3.3 配置功能寄存器
3.3.4 并行处理分系统的设计
3.4 基于主动消息传递的通信接口设计
3.4.1 主动消息传递通信协议
3.4.2 消息报文的结构
3.5 本章小结
第4章 数字波束形成技术研究
4.1 基于低通信号的数字内插波束形成技术
4.1.1 低通信号采样定理
4.1.2 低通信号数字内插
4.1.3 低通信号数字内插波束形成技术
4.2 基于带通信号的数字内插波束形成技术
4.2.1 带通信号采样定理
4.2.2 带通信号数字内插
4.2.3 带通信号数字内插波束形成技术
4.2.4 基于直接采样同相/正交信号的带通数字内插波束形成技术
4.3 流水线-采样-延时聚焦波束形成技术
4.3.1 采样延时聚焦理论
4.3.2 流水线-采样-延时聚焦理论
4.3.3 PSDF波束形成器的设计
4.4 实时聚焦延时算法
4.4.1 中值绘图算法
4.4.2 实时聚焦延时算法
4.4.3 扩展的实时聚焦延时算法
4.4.4 实时并行聚焦延时算法
4.4.5 硬件机构的设计与实现
4.5 Delta-Sigma波束形成技术
4.5.1 数字采样量化理论
4.5.2 Delta-Sigma波束形成器的设计
4.6 本章小结
第5章 高分辨率多波束成像声纳应用实验研究
5.1 高分辨率多波束成像声纳设计
5.1.1 高分辨率多波束成像声纳硬件系统结构
5.1.2 高分辨率多波束成像声纳软件成像算法
5.2 水下目标阴影成像的条件
5.2.1 阴影形成的声学理论基础
5.2.2 阴影成像的物理几何要求
5.3 应用实验研究
5.3.1 水池模型实验
5.3.2 葛洲坝水下冲坑现场验收实验
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录
发布时间: 2006-10-13
参考文献
- [1].相控阵三维成像声纳系统的稀疏阵及波束形成算法研究[D]. 陈朋.浙江大学2009
相关论文
- [1].多子阵波束域高分辨水声成像技术研究[D]. 么彬.哈尔滨工程大学2009
- [2].深水多波束测深侧扫声纳显控系统研究[D]. 苏程.浙江大学2012
- [3].基于二维成像声纳的水下运动目标定位技术研究[D]. 勇俊.哈尔滨工程大学2012
- [4].声呐波束形成与波束域高分辨方位估计技术研究[D]. 杨益新.西北工业大学2002
- [5].多波束条带测深系统数据后置处理技术研究[D]. 王向红.哈尔滨工程大学2005
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