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      基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的制作方法

      文檔序號(hào):6030516閱讀:187來(lái)源:國(guó)知局
      專利名稱:基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及聲納信號(hào)處理領(lǐng)域,特別涉及一種基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納
      (SAS)實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)。
      背景技術(shù)
      合成孔徑聲納(Synthetic Ape加re Sonar: SAS)利用小尺寸基陣在方位向的移
      動(dòng)形成虛擬大孔徑,通過(guò)對(duì)不同位置的聲納回波信號(hào)進(jìn)行相干處理,從而獲得高分 辨率的聲納圖像。
      目前,合成孔徑聲納成像算法主要分為時(shí)域算法和頻域算法兩類。時(shí)域成像算 法具有物理意義清晰、內(nèi)存占用小、便于直接運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和多子陣成像等優(yōu)點(diǎn),但卻
      具有計(jì)算效率低和系統(tǒng)采樣率要求高等缺點(diǎn);頻域成像算法具有計(jì)算效率高和系統(tǒng) 采樣率相對(duì)較低等優(yōu)點(diǎn),但其缺點(diǎn)主要是占用內(nèi)存大、對(duì)于方位向非均勻采樣和多 子陣成像需要特殊處理,算法復(fù)雜。
      考慮到合成孔徑聲納成像的龐大計(jì)算量和實(shí)時(shí)性的要求,以往的SAS實(shí)時(shí)成像 系統(tǒng)普遍采用專用的數(shù)字信號(hào)處理機(jī),這種信號(hào)處理機(jī)主要基于高性能的專用實(shí)時(shí) 微處理器,如SHARC、 PowerPC等。但是,專用的數(shù)字信號(hào)處理機(jī)價(jià)格昂貴,而且 軟件開發(fā)周期長(zhǎng),擴(kuò)展性較差,隨著專用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)的更新,淘汰的資源得不 到利用,造成硬件資源空閑和資金浪費(fèi)。如今隨著微機(jī)和服務(wù)器性能的大幅度提高 以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,促進(jìn)了集群處理機(jī)的發(fā)展。集群處理機(jī)具有成本低,軟 件開發(fā)周期短,容易升級(jí)且擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),因此備受矚目。

      發(fā)明內(nèi)容
      為了解決上述現(xiàn)有的合成孔徑聲納成像算法中存在的問(wèn)題,本發(fā)明申請(qǐng)立足于 考慮利用日益發(fā)展的集群處理機(jī)的優(yōu)點(diǎn),力求在集群處理機(jī)架構(gòu)上能夠?qū)崿F(xiàn)合成孔 徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理的方法及系統(tǒng)。
      因此,本發(fā)明的目的在于提供一種基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納(SAS)實(shí)時(shí) 信號(hào)處理方法及系統(tǒng)。該系統(tǒng)工作充分利用集群處理機(jī)的多處理器多核的特征來(lái)進(jìn)行基于共享內(nèi)存的多線程并行處理,在保證高分辨率的前提下能夠大大縮短成像時(shí) 間,從而進(jìn)一步滿足實(shí)時(shí)成像的需要。
      為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納(SAS)實(shí)時(shí)信號(hào) 處理方法,其特征在于,利用集群處理機(jī)的多處理器多核特征進(jìn)行基于共享內(nèi)存的 多線程并行處理,使各個(gè)子任務(wù)以獨(dú)立線程方式啟動(dòng),任務(wù)之間的同步通過(guò)信號(hào)量
      實(shí)現(xiàn),形成多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的處理方式,具體包括以下步驟
      1) 設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù);
      2) 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收水下原始數(shù)據(jù),根據(jù)既定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成原始回波數(shù)據(jù)和 傳感器數(shù)據(jù)的解包、存儲(chǔ),以及轉(zhuǎn)發(fā)傳感器數(shù)據(jù)至顯示平臺(tái);
      3) 對(duì)整合好的原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,通過(guò)線程利用偏移相位中心算 法(Displaced Phase Center Algorithm: DPCA)估計(jì)出聲納基陣的側(cè)移, 并用以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償;
      4) 對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮,根據(jù)所設(shè)置的系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù) 產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的參考信號(hào),由參考信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行匹 配濾波得到距離向高分辨率的脈沖壓縮數(shù)據(jù);
      5) 對(duì)脈沖壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于延時(shí)表成像算法的實(shí)時(shí)成像;
      6) 將獲得的實(shí)時(shí)成像結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給顯示平臺(tái);
      7) 顯示平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示。
      其中,本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納(SAS)實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法的步 驟l)中需設(shè)置的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)包括中心頻率、信號(hào)帶寬、脈沖寬度、脈沖重復(fù)周 期、采樣頻率、發(fā)射陣孔徑、接收陣孔徑、陣元個(gè)數(shù)和采樣點(diǎn)數(shù)等。
      另外,本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納(SAS)實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法中的 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為UDP協(xié)議。
      另外,本發(fā)明的一種基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng),其特 征在于,包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、集群處理機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備以及顯示平臺(tái),利用集群處 理機(jī)的多處理器多核特征進(jìn)行基于共享內(nèi)存的多線程并行處理,使各個(gè)子任務(wù)以獨(dú) 立線程方式啟動(dòng),任務(wù)之間的同步通過(guò)信號(hào)量實(shí)現(xiàn),形成多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的處理方 式,其中,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),完成水下原始數(shù)據(jù)的采集,包括原始回波數(shù)據(jù)采集和傳 感器數(shù)據(jù)采集;集群處理機(jī),用于網(wǎng)絡(luò)接收所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的水下原始數(shù) 據(jù),并完成合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理過(guò)程中的原始數(shù)據(jù)預(yù)處理、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、脈沖壓縮、延時(shí)表成像、圖像數(shù)據(jù)處理,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像;存儲(chǔ)設(shè)備,將所述集群處理機(jī) 接收到的水下原始數(shù)據(jù)以及合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理中產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存 儲(chǔ);顯示平臺(tái),用于網(wǎng)絡(luò)接收所述集群處理機(jī)傳送來(lái)的圖像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)并且 進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
      其中,本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)中,所述集 群處理機(jī)包括
      初始化模塊,用于設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù);
      預(yù)處理模塊,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收水下原始數(shù)據(jù),根據(jù)既定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成原始回波 數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)的解包、存儲(chǔ),以及轉(zhuǎn)發(fā)傳感器數(shù)據(jù)至顯示平臺(tái);
      運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊,用于對(duì)整合好的原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,通過(guò)線程利用偏 移相位中心算法估計(jì)出聲納基陣的側(cè)移,并用以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償;
      脈沖壓縮模塊,用于對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮,并根據(jù)所設(shè)置的 系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的參考信號(hào),由參考信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn) 行匹配濾波得到距離向高分辨率的脈沖壓縮數(shù)據(jù);
      成像模塊,用于對(duì)脈沖壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于延時(shí)表成像算法的實(shí)時(shí)成像;及
      數(shù)據(jù)處理模塊,用于將獲得的實(shí)時(shí)成像結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給顯示平臺(tái)。
      另外,本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)中,其集群 處理機(jī)上需設(shè)置的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)包括中心頻率、信號(hào)帶寬、脈沖寬度、脈沖重復(fù) 周期、采樣頻率、發(fā)射陣孔徑、接收陣孔徑、陣元個(gè)數(shù)和采樣點(diǎn)數(shù)。
      另外,本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)中利用的網(wǎng) 絡(luò)協(xié)議為UDP協(xié)議。
      根據(jù)本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納(SAS)實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng) 的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)主要有
      (1) 系統(tǒng)基于集群處理機(jī)架構(gòu),造價(jià)相對(duì)便宜、擴(kuò)展性好
      (2) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)基于Windows平臺(tái),軟件開發(fā)周期短且移植性好
      (3) 系統(tǒng)充分利用集群處理機(jī)的多處理器多核特征,通過(guò)多線程來(lái)實(shí)現(xiàn)基于 共享內(nèi)存的并行處理。


      圖1是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)的構(gòu)成示意圖。 圖2是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法的流程示意圖。 圖3是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的等效相位中 心示意圖。
      圖4是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的DPCA估計(jì) 聲納基陣側(cè)移的示意圖。
      圖5是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的延時(shí)表算法 成像示意圖。
      圖6是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的延時(shí)表生成
      示意圖。 .
      具體實(shí)施例方式
      下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納(SAS)實(shí)時(shí)信號(hào)處理 方法及系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。
      圖1是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納(SAS)實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)的構(gòu) 成示意圖。如圖1所示,系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、集群處理機(jī)、儲(chǔ)存設(shè)備和顯示平臺(tái) 等設(shè)備構(gòu)成,考慮到集群處理機(jī)的多處理器多核特征,在進(jìn)行實(shí)時(shí)信號(hào)處理過(guò)程中 的各個(gè)子任務(wù)均以獨(dú)立線程方式啟動(dòng),任務(wù)之間的同步即線程的同步通過(guò)信號(hào)量來(lái) 實(shí)現(xiàn),從而形成了多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的處理方式。其中,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),完成水下原 始數(shù)據(jù)的采集,包括原始回波數(shù)據(jù)采集和傳感器數(shù)據(jù)采集;集群處理機(jī),用于網(wǎng)絡(luò) 接收所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的水下原始數(shù)據(jù),并完成合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理 過(guò)程中的原始數(shù)據(jù)預(yù)處理、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、脈沖壓縮、延時(shí)表成像、圖像數(shù)據(jù)處理,實(shí) 現(xiàn)實(shí)時(shí)成像;存儲(chǔ)設(shè)備,將所述集群處理機(jī)接收到的水下原始數(shù)據(jù)以及合成孔徑聲 納實(shí)時(shí)信號(hào)處理中產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);顯示平臺(tái),用于網(wǎng)絡(luò)接收所述集群處 理機(jī)傳送來(lái)的圖像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)并且進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
      其中,集群處理機(jī)包括初始化模塊,用于設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù);預(yù)處理模塊, 通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收水下原始數(shù)據(jù),根據(jù)既定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成原始回波數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù) 的解包、存儲(chǔ),以及轉(zhuǎn)發(fā)傳感器數(shù)據(jù)至顯示平臺(tái);運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊,用于對(duì)整合好的 原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,通過(guò)線程利用偏移相位中心算法估計(jì)出聲納基陣的側(cè)移,并用以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償;脈沖壓縮模塊,用于對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖 壓縮,并根據(jù)所設(shè)置的系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的參考信號(hào),由參考信號(hào)對(duì)運(yùn) 動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波得到距離向高分辨率的脈沖壓縮數(shù)據(jù);成像模塊, 用于對(duì)脈沖壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于延時(shí)表成像算法的實(shí)時(shí)成像;及數(shù)據(jù)處理模塊,用于 將獲得的實(shí)時(shí)成像結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給顯示平臺(tái)。圖2是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法的流程示意圖。如圖2 所示,該方法由原始數(shù)據(jù)預(yù)處理、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、脈沖壓縮、延時(shí)表成像、圖像數(shù)據(jù)處 理等子任務(wù)組成。具體實(shí)施步驟如下-1) 在集群處理機(jī)上設(shè)置系統(tǒng)的中心頻率、信號(hào)帶寬、脈沖寬度、脈沖重復(fù)周期、 采樣頻率、發(fā)射陣孔徑、接收陣孔徑、陣元個(gè)數(shù)、采樣點(diǎn)數(shù)等運(yùn)行參數(shù)。2) 進(jìn)行原始數(shù)據(jù)預(yù)處理,即集群處理機(jī)對(duì)水下數(shù)據(jù)通過(guò)線程利用UDP阻塞接 收,根據(jù)既定的UDP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,由數(shù)據(jù)包包頭判別數(shù)據(jù)包類型,即原始回波數(shù)據(jù)包 或傳感器數(shù)據(jù)包。針對(duì)原始回波數(shù)據(jù)包,根據(jù)數(shù)據(jù)包中的幀號(hào)和包號(hào)對(duì)原始回波數(shù) 據(jù)進(jìn)行按照接收陣元順序進(jìn)行整合,并存儲(chǔ)至硬盤。針對(duì)傳感器數(shù)據(jù)包依據(jù)傳感器 數(shù)據(jù)包格式進(jìn)行解包、儲(chǔ)存并將部分結(jié)果如聲納基陣的速度、入水深度、距水底高 度等轉(zhuǎn)發(fā)給顯示平臺(tái),以供顯示平臺(tái)顯示。3) 對(duì)整合好的原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,通過(guò)線程利用DPCA算法估計(jì)出聲 納基陣的側(cè)移,并用以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。圖3是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的等效相位中 心示意圖。如圖3所示,發(fā)射陣元和接收陣元水平間距為L(zhǎng),對(duì)于發(fā)射陣元發(fā)射的 信號(hào),接收陣元收到遠(yuǎn)場(chǎng)中某一單點(diǎn)目標(biāo)的回波可以等效為L(zhǎng)/2處以收發(fā)共置的陣 元發(fā)射并接收到的回波信號(hào),此空間位置稱為等效相位中心。偏移相位中心算法是 一種基于回波數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)誤差估計(jì)和補(bǔ)償方法,其基本思想是利用連續(xù)兩幀重疊等 效相位中心對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)之間的空間相關(guān)性來(lái)估計(jì)聲納基陣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。合成孔 徑聲納成像中的運(yùn)動(dòng)誤差主要為側(cè)移,本系統(tǒng)中利用DPCA主要用來(lái)估計(jì)并補(bǔ)償基 陣的側(cè)移誤差。圖4是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的DPCA估計(jì) 聲納基陣側(cè)移的示意圖。如圖4所示,當(dāng)基陣方位向速度滿足有等效相位中心重疊 時(shí),相鄰兩幀的重疊陣元側(cè)移假設(shè)為Ar,相鄰兩幀重疊部分的陣元的回波信號(hào)具有 以下時(shí)延關(guān)系其中,C為水中的聲速。通過(guò)對(duì)相鄰幀重疊部分陣元的回波信號(hào)做互相關(guān),求解相 關(guān)函數(shù)的峰值位置來(lái)得到相對(duì)偏差A(yù)t,對(duì)相對(duì)偏差A(yù)t沿方位向積分,得到方位向的 側(cè)移偏差sway。在得到側(cè)移偏差sway的基礎(chǔ)上針對(duì)原始回波信號(hào)依據(jù)下式進(jìn)行相位 補(bǔ)償ss' (y, w) = (F(eem w)) exp(y.2吾s而力)其中,^j/,")為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償前的回波信號(hào),m (,,w)為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波信號(hào),F(xiàn)和F-1 分別表示正反傅立葉變換。4) 對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)通過(guò)線程進(jìn)行脈沖壓縮。根據(jù)設(shè)置的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù) 產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的參考信號(hào),由參考信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波得到 脈沖壓縮數(shù)據(jù)。5) 對(duì)脈沖壓縮后的數(shù)據(jù)通過(guò)延時(shí)表成像算法進(jìn)行實(shí)時(shí)成像。圖5是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的延時(shí)表算法 成像示意圖。延時(shí)表成像算法的原理如下如圖5所示,雖然對(duì)于基陣在不同位置 對(duì)應(yīng)的成像區(qū)域不同,但是由于發(fā)射陣的水平向開角0不變,成像區(qū)域的大小以及與 陣元的相對(duì)位置關(guān)系不變。圖6是本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的SAS實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)的延時(shí)表生成 示意圖。如圖6所示,對(duì)于成像區(qū)域中坐標(biāo)為(m,,"p點(diǎn)A和坐標(biāo)為(x,,^)的 陣元A,它們之間的距離為r可由幾何關(guān)系計(jì)算,公式如下根據(jù)r可計(jì)算出脈沖壓縮數(shù)據(jù)中對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的位置尸oy:Pos = (int)[O — i min) /々] 其中及min為成像最小距離,々為采樣頻率。對(duì)于成像區(qū)域中的每一點(diǎn)根據(jù)上述兩個(gè)式子生成標(biāo)準(zhǔn)延時(shí)表。實(shí)時(shí)成像中對(duì)于 成像區(qū)域中的點(diǎn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)延時(shí)表對(duì)脈沖壓縮數(shù)據(jù)的延時(shí)疊加最終得到成像結(jié)果。6) 將延時(shí)表成像算法計(jì)算得出的成像結(jié)果在圖像數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的 存儲(chǔ)并通過(guò)UDP網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)給顯示平臺(tái)。7) 顯示平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示。綜上所述,本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng), 以集群處理機(jī)為平臺(tái),利用集群處理機(jī)的多處理器多核特征進(jìn)行基于共享內(nèi)存的多 線程并行處理,使各個(gè)子任務(wù)以獨(dú)立線程方式啟動(dòng),任務(wù)之間的同步通過(guò)信號(hào)量實(shí) 現(xiàn),形成多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的處理方式。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,在保證高分辨率的前 提下能夠大大縮短成像時(shí)間,從而進(jìn)一步滿足合成孔徑聲納實(shí)時(shí)成像的需要。
      權(quán)利要求
      1、一種基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法,其特征在于,利用集群處理機(jī)的多處理器多核特征進(jìn)行基于共享內(nèi)存的多線程并行處理,使各個(gè)子任務(wù)以獨(dú)立線程方式啟動(dòng),任務(wù)之間的同步通過(guò)信號(hào)量實(shí)現(xiàn),形成多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的處理方式,具體包括以下步驟1)設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù);2)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收水下原始數(shù)據(jù),根據(jù)既定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成原始回波數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)的解包、存儲(chǔ),以及轉(zhuǎn)發(fā)傳感器數(shù)據(jù)至顯示平臺(tái);3)對(duì)整合好的原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,通過(guò)線程利用偏移相位中心算法估計(jì)出聲納基陣的側(cè)移,并用以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償;4)對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮,根據(jù)所設(shè)置的系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的參考信號(hào),由參考信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配濾波得到距離向高分辨率的脈沖壓縮數(shù)據(jù);5)對(duì)脈沖壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于延時(shí)表成像算法的實(shí)時(shí)成像;6)將獲得的實(shí)時(shí)成像結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給顯示平臺(tái);7)顯示平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示。
      2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法, 其特征在于,所述步驟l)中需設(shè)置的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)包括中心頻率、信號(hào)帶寬、脈 沖寬度、脈沖重復(fù)周期、采樣頻率、發(fā)射陣孔徑、接收陣孔徑、陣元個(gè)數(shù)和采樣點(diǎn) 數(shù)。
      3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法, 其特征在于,所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為UDP協(xié)議。
      4、 一種基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng),其特征在于,包括 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、集群處理機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備以及顯示平臺(tái),利用集群處理機(jī)的多處理器 多核特征進(jìn)行基于共享內(nèi)存的多線程并行處理,使各個(gè)子任務(wù)以獨(dú)立線程方式啟動(dòng), 任務(wù)之間的同步通過(guò)信號(hào)量實(shí)現(xiàn),形成多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的處理方式,其中,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),完成水下原始數(shù)據(jù)的采集,包括原始回波數(shù)據(jù)采集和傳感器數(shù) 據(jù)采集;集群處理機(jī),用于網(wǎng)絡(luò)接收所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的水下原始數(shù)據(jù),并完成 合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理過(guò)程中的原始數(shù)據(jù)預(yù)處理、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、脈沖壓縮、延時(shí) 表成像、圖像數(shù)據(jù)處理,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像;存儲(chǔ)設(shè)備,將所述集群處理機(jī)接收到的水下原始數(shù)據(jù)以及合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信 號(hào)處理中產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);顯示平臺(tái),用于網(wǎng)絡(luò)接收所述集群處理機(jī)傳送來(lái)的圖像數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)并且 進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。
      5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng),其特征在于,所述集群處理機(jī)包括初始化模塊,用于設(shè)置系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù);預(yù)處理模塊,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接收水下原始數(shù)據(jù),根據(jù)既定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議完成原始回波 數(shù)據(jù)和傳感器數(shù)據(jù)的解包、存儲(chǔ),以及轉(zhuǎn)發(fā)傳感器數(shù)據(jù)至顯示平臺(tái);運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償模塊,用于對(duì)整合好的原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,通過(guò)線程利用偏 移相位中心算法估計(jì)出聲納基陣的側(cè)移,并用以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償;脈沖壓縮模塊,用于對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行脈沖壓縮,并根據(jù)所設(shè)置的 系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)產(chǎn)生發(fā)射信號(hào)的參考信號(hào),由參考信號(hào)對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn) 行匹配濾波得到距離向高分辨率的脈沖壓縮數(shù)據(jù);成像模塊,用于對(duì)脈沖壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行基于延時(shí)表成像算法的實(shí)時(shí)成像;及數(shù)據(jù)處理模塊,用于將獲得的實(shí)時(shí)成像結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)并轉(zhuǎn)發(fā)給顯示平臺(tái)。
      6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng), 其特征在于,所述集群處理機(jī)上需設(shè)置的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)包括中心頻率、信號(hào)帶寬、 脈沖寬度、脈沖重復(fù)周期、采樣頻率、發(fā)射陣孔徑、接收陣孔徑、陣元個(gè)數(shù)和采樣 點(diǎn)數(shù)。
      7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng), 其特征在于,所述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議為UDP協(xié)議。
      全文摘要
      本發(fā)明提供一種基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng)。其系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、集群處理機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備和顯示平臺(tái)等設(shè)備構(gòu)成,完成原始數(shù)據(jù)預(yù)處理、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、脈沖壓縮、延時(shí)表成像、圖像數(shù)據(jù)處理等子任務(wù),從而實(shí)現(xiàn)合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)的處理。本發(fā)明的基于集群處理機(jī)的合成孔徑聲納實(shí)時(shí)信號(hào)處理方法及系統(tǒng),以集群處理機(jī)為平臺(tái),利用集群處理機(jī)的多處理器多核特征進(jìn)行基于共享內(nèi)存的多線程并行處理,使各個(gè)子任務(wù)以獨(dú)立線程方式啟動(dòng),任務(wù)之間的同步通過(guò)信號(hào)量實(shí)現(xiàn),形成多級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的處理方式。該系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠,在保證高分辨率的前提下能夠大大縮短成像時(shí)間,從而進(jìn)一步滿足合成孔徑聲納實(shí)時(shí)成像的需要。
      文檔編號(hào)G01S7/52GK101644763SQ20081023981
      公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月12日
      發(fā)明者維 劉, 劉紀(jì)元, 張春華, 李保利 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
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