[发明专利]基于CompactRIO的水声信号处理硬件平台的数据传输方法

说明书

本发明公开了一种基于CompactRIO的水声信号处理硬件平台的数据传输方法，首先，该平台上电后在RT系统下读取预存在内置U盘中的app.out文件写入DSP，至此完成DSP的启动；其次，RT系统、上位机、DSP通过交换机两两互连，上位机在UDP协议下与RT系统和DSP握手、自检，至此各分机进入工作状态；再次，上位机下达发射指令，RT系统接收到指令后解析信号形式并调取内置U盘中波形文件送至FPGA，FPGA在系统时钟作用下将波形的数字信息经DA数据发射模块送至发射换能器发射；然后，AD数据采集模块实时采集水声信号，将原始波形数据上传至RT系统，该数据一方面存储在平台内置U盘中，另一方面传递给DSP用于实时数据处理；最后，DSP将解算的时延和距离信息回传给上位机显示。

技术领域

本发明属于水声探测与定位技术领域，特别是一种基于CompactRIO的水声信号处理硬件平台的数据传输方法。

背景技术

由于水下环境的复杂性，电磁波无法远距离传播，因此声波是目前水下通信的主要手段。水声信号处理硬件平台通过水听器采集水下声信号，通过发射换能器将声波信号释放出去，从而达到水声通信的目的。

为实现水下声信号的采集和发射，现使用的硬件平台搭建方式基本可以分为如下四种：DSP+ARM的搭建方式，其中DSP作为信号采集和解算平台，ARM完成与上位机通信和事务处理功能；DSP+FPGA的搭建方式，其中DSP负责采集和解算，FPGA完成数据交互；FPGA+FPGA的搭建方式，一片FPGA采集另一片FPGA负责解算和数据交互；基于单片机的水声信号采集方式，单片机完成数据采集。上述水声信号处理硬件平台存在以下问题：

（1）模块的可扩展能力不足，无法实现模块化、小型化、便携化平台的搭建；开发周期长，很难快速更新程序以满足外场试验项目方案调整的需求。

（2）外场试验电压会掺杂工频电信号干扰，导致电压不稳使网络传输中断，现有的水声信号处理硬件平台没有增加相应的网络传输保护措施以有效解决这一问题。

（3）外场试验有时会突然断电或试验中断导致信号发射一半停止发射，下一次设备上电会给功放一个尖刺使保险丝熔断，现有的水声信号处理硬件平台没有考虑该问题，没有单独对功放增加发射保护措施以适应外场复杂环境的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于CompactRIO的水声信号处理硬件平台的数据传输方法，采用了TCP错误检测和重连保护手段，能实时判断网络通道的堵塞情况做出响应；能实时采集原始波形数据传递给数据处理机，同时将采集到的波形存储在平台的内置U盘中，实时调取文件分析处理；能解析上位机指令和DSP反馈系数，发射相应指令形式的信号；能实现发射保护功能适应外场试验环境。

实现本发明的技术解决方案为：一种基于CompactRIO的水声信号处理硬件平台的数据传输方法，其特征在于，所述基于CompactRIO的水声信号处理硬件平台包括上位机、交换机、RT系统、FPGA、DSP、AD数据采集模块、DA数据发射模块和内置U盘。上位机、RT系统、DSP通过交换机两两互连，RT系统与FPGA通过总线互连，FPGA控制AD数据采集模块采集原始波形数据，并将原始波形数据传递给RT系统实时处理。RT系统调取原始波形数据存储在内置U盘中，同时将原始波形数据通过交换机网络传输给DSP完成数据的解算，RT系统能实时判断网络通道的堵塞情况做出重连TCP响应。RT系统解析上位机指令获取DSP反馈系数并传递给FPGA，FPGA控制DA数据发射模块发射预存在内置U盘中的波形文件并发射保护。具体包括以下步骤：

步骤1、CompactRIO启动后将预存在内置U盘中的app.out文件以400ms一包的速度经交换机网络提供给DSP，根据文件大小等待相应时间后，DSP程序启动，转入步骤2。

步骤2、在RT系统中建立TCP连接，采用TCP错误检测和重连保护手段，配置FPGA启动后将接收到的DMA FIFO采集信号实时上传给DSP。