[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

摘要

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。本发明由逻辑控制系统、嵌入式算法处理系统A、嵌入式算法处理系统B、阻抗匹配电路、信号调理与采集电路、CPCI数据传输电路、控制参数传输电路、系统模拟电源、系统数字电源组成。本发明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。

主权项

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A(20)、嵌入式算法处理系统B(30)、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，为了保证多波束测深系统的高探测效率，逻辑控制系统(10)利用IP核在采样间隔内对多波束测深数据进行一定的预处理；WMT算法预处理具体步骤包括：步骤(1.1)：利用带通采样定理完成数据的并行采集过程，利用内部硬件乘法器对信号进行正交变换，得到解析信号，之后完成信号的数字滤波过程；步骤(1.2)：对WMT算法进行数据预处理，在FPGA内部建立高速FFT浮点IP核，直接进行1024点FFT波束形成；步骤(1.3)：按照预定角度抽取波束形成结果，处理结果压入FIFO数据缓冲区，通过uPP接口输出给嵌入式算法处理系统A(20)；WMT算法预处理之后完成MSA算法预处理过程，具体步骤包括：步骤(2.1)：利用WMT算法预处理得到的解析信号，对MSA算法进行数据预处理，划分复信号子阵，分别进行子阵波束形成；步骤(2.2)：相邻子阵进行共轭相乘后，对相位差序列进行平滑；步骤(2.3)：对全阵进行波束形成求取能量信息，与相位序列结果共同压入FIFO数据缓冲区，通过uPP接口输出给嵌入式算法处理系统B(30)；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A(20)、嵌入式算法处理系统B(30)，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；具体步骤包括：步骤(3.1)：由嵌入式算法处理系统A(20)在采样间隔内完成对波束形成数据的加权处理，并且对处理数据转置存储至mDDR存储器(23)；步骤(3.2)：由嵌入式算法处理系统B(30)在采样间隔内完成对相位序列的DOA解算，进行波束结构体存储，等待由嵌入式算法处理系统A(20)算法交互传输完成；步骤(3.3)：采样完成后进行WMT算法的TOA估计，嵌入式算法处理系统A(20)通过SPI接口将WMT算法结果传递至嵌入式算法处理系统B(30)；步骤(3.4)：核间通信完成后，嵌入式算法处理系统B(30)利用WMT算法检测结果对波束结构体数据进行筛选，之后进行波束内深度值拟合；步骤(3.5)：按照预定波束角分界融合WMT与MSA处理结果，进行测深参数修正，最终将测深结果回传给FPGA；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；嵌入式算法处理系统A(20)和嵌入式算法处理系统B(30)配合逻辑控制系统(10)进行外设功能配置，嵌入式算法处理系统A(20)和嵌入式算法处理系统B(30)之间可通过uPP接口、EMIF接口或SPI接口进行数据交互，传输方式由逻辑控制系统(10)按照传输数据量大小进行分配。