[发明专利]一种嵌入式定浮点多波束测深声纳信号采集与处理平台

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌入式定浮点多波束测深声纳信号采集与处理平台。

背景技术

多波束探测技术是近些年国际上公认的适用范围最广的海底地形地貌探测技术之一，在探测海底地形地貌的很多个领域，如调查海洋资源、测量航道、研究海洋环境、观测水下地形、观测水下建筑物等，都取得了广泛的应用。目前水声信号处理的理论已经逐渐形成了较为成熟的体系，随着各种算法的迅速发展，对信号处理系统也提出了更高的要求。新型多波束测深算法需要进行大量的定点、浮点混合运算，这也对信号处理板提出了更新的要求。更高的处理速度、更快的接口传输以及嵌入式的设计方式都是现阶段的研究热点。新型多波束测深声纳对信号处理系统提出的要求是低功耗、高效率、小型化、嵌入化，而市面上现有的商业处理系统不能很好地契合要求，尤其是现有的商业信号采集板采集路数较少、精度较低，不能满足多波束测深系统几十甚至上百路模拟信号的采集需求。而且，现有的商业信号处理板采用的处理器结构单一，不能很好的适应多波束测深算法中复杂的定浮点混合运算，致使算法运算效率受到了极大地限制。

现有多波束测深系统多数采用信号采集板与信号处理板分置的形式，并且多片处理器布置在一块电路板上的形式，这种电路形式下的处理器不能够进行单独的调试，并且一旦某片处理器出现故障，需要面临信号处理系统的整体调试维修，这也提高了系统维护的难度。随着新型处理器的不断出现，多波束测深声纳的信号采集处理系统也面临着不断升级，这时上述的电路结构的缺点便暴露出来，采用新的处理器将需要重新绘制整块电路板，这也加大了系统升级换代的开发成本，阻碍了多波束测深技术的进一步提高。所以，本发明提出了一种信号采集底板嵌入信号处理板的处理平台工作模式，将两块电路板合成一块电路板，使原本分立的信号采集板与信号处理板有机的嵌入在一起，在节省机箱空间的同时也抑制了因板间信号传输所引入的噪声干扰，为多波束系统的升级、优化就提供了极大地便利。信号采集底板配合信号处理板的处理平台能够将多波束测深系统的信号调理、采集、处理、传输等部分统一结合起来，满足新一代多波束测深声纳的系统需求。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种处理能力强大、功能齐全、调试简易的嵌入式定浮点多波束测深声纳信号采集与处理平台。

本发明的目的是这样实现的：

一种嵌入式定浮点多波束测深声纳信号采集与处理平台，由逻辑控制系统10、嵌入式算法处理系统A20、嵌入式算法处理系统B30、阻抗匹配电路40、信号调理与采集电路50、CPCI数据传输电路60、控制参数传输电路70、系统模拟电源80、系统数字电源90组成，换能器接收到的原始回波信号经由CPCI数据传输电路60的自定义接口传输至信号调理与采集电路50，对原始信号进行信号调理，由逻辑控制系统10控制采样时序完成信号的采集过程，采集到的数据传输至逻辑控制系统10进行多波束测深算法的正交变换、数字滤波、波束形成预处理过程，在采样间隔内经阻抗匹配电路40传输至嵌入式算法处理系统A20、嵌入式算法处理系统B30，进行多波束测深算法实时处理，算法参数命令由控制参数传输电路70进行传递，算法处理后的数据回传给逻辑控制系统10，经CPCI数据传输电路60上传至上位机，系统所需电源由系统模拟电源80和系统数字电源90分别供给。

系统模拟电源与系统数字电源独立设计，原始电源均由CPCI数据传输电路通过自定义CPCI接口区供给；系统模拟电源使用低噪声模拟电压芯片，系统数字电源使用专用低压线性稳压器，系统模拟电源与系统数字电源间进行了电源隔离。

逻辑控制系统采用FPGA芯片，控制平台所利用到的数字电路时序；逻辑控制系统将信号调理与采集电路采集到的原始信号进行算法预处理，经阻抗匹配电路对高速数字信号进行阻抗匹配后，在采样间隔内传递至嵌入式算法处理系统A与嵌入式算法处理系统B，进行多波束测深算法实时处理，嵌入式算法处理系统A与嵌入式算法处理系统B自适应定点、浮点运算，配合逻辑控制系统预处理结果在信号采样间隔内完成多波束测深数据的实时解算。

由逻辑控制系统控制信号调理与采集电路对模拟信号进行放大、滤波调理过程，按照带通采样原理并行采集多路多波束声纳回波信号，采集到的原始信号以及经算法处理后的多波束测深数据，经CPCI数据传输电路传输至上位机保存，平台工作的控制参数由上位机通过控制参数传输电路，传输至逻辑控制系统。

嵌入式算法处理系统A和嵌入式算法处理系统B经阻抗匹配电路连接至逻辑控制系统，使用uPP接口配合FPGA内部建立的FIFO缓冲机制。