三维声纳

水下三维场景实时成像系统

摘 要:针对目前水下三维声纳实时成像系统前端信号通道多、波束形成计算量大的问题,提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的水下三维场景实时成像系统。采用FPGA 阵列控制多路信号同步采样,优化波束形成算法对海量数据进行并行处理,同时利用嵌入式处理器PowerPC 控制系统,最终由主控PC 完成三维图像实时显示。实验结果表明,该系统能够在水下200 m 的范围内实现分辨率为2 cm 的三维成像,三维图像刷新率可达20 帧/秒。

1 概述

近年来,随着人们对海洋资源的不断需求与开发,水下探测技术得到了飞速发展。人们对海洋的主要探测手段是声波,即声纳技术。因此,利用声纳进行水下探测成为了当今海洋研究的重点课题。然而,大部分声纳系统都是通过声波来判断有无声纳目标,以及目标的方位和距离。目前,国内外在海底三维声纳成像技术方面已经取得了一定的成果[1]。例如:美国RESoN 公司开发的新一代数字声纳SeaBat8125,欧洲共同体和挪威共同开发的Echoscope系列三维声纳,美国的海洋工业公司开发的双频识别声纳以及美国的Farsounder 公司开发的三维前视声纳[2-3]。我国三维成像声纳也得到一定的发展,中科院声学所、715 所和哈尔滨工程大学等单位等都研制了三维声纳成像系统的试验样机并发表了相关论文[4]。但这些声纳成像技术大多基于二维映射三维图像,或者小范围的慢速三维成像,成像效果不佳,实时性太差[5]。

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