典型阵列声纳束控演示软件开发研究

(10)申请公布号 (43)申请公布日 2013.07.10C N 103197308 A (21)申请号 201310084892.3(22)申请日 2013.03.15G01S 7/52(2006.01)(71)申请人浙江大学地址310027 浙江省杭州市西湖区浙大路38号(72)发明人田翔 史勇强 周凡 陈耀武(74)专利代理机构杭州天勤知识产权代理有限公司 33224代理人胡红娟(54)发明名称基于多波束相控阵声纳系统的三维声纳可视化处理方法(57)摘要本发明公开了一种基于多波束相控阵声纳系统的三维声纳可视化处理方法，包括以下步骤：采集声纳数据，并通过网络发送；通过网络逐帧获取声纳数据，将每一帧声纳数据对应的范围图像转化为全局坐标系下的点云数据；对点云数据进行过滤，将过滤得到的点云数据连接成三角面片，并计算每个三角面片的法向量和顶点；将当前帧与前一帧进行配准，将配准后的当前帧和前一帧中的点云数据进行马赛克化处理，然后利用遍历交叉点算法将马赛克化后的当前帧和前一帧的点云数据进行融合，并进行三维场景图像模型点集的更新；依据融合后的点云数据的强度以及三角面片的法向量和顶点的法向量，生成三维场景图像。

本发明方法，速度快，精度高。

(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图3页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书5页 附图3页(10)申请公布号CN 103197308 A*CN103197308A*1/1页1.一种基于多波束相控阵声纳系统的三维声纳可视化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）采集声纳数据，并通过网络发送；（2）通过网络逐帧获取声纳数据，将每一帧声纳数据对应的范围图像依据多波束相控阵声纳系统的位置信息和状态信息转化为全局坐标系下的点云数据；（3）对步骤（2）中获得的点云数据进行过滤，将过滤得到的点云数据连接成三角面片，并计算每个三角面片的法向量和顶点的法向量；（4）将当前帧与前一帧进行配准，将配准后的当前帧和前一帧中的点云数据进行马赛克化处理，然后利用遍历交叉点算法将马赛克化后的当前帧和前一帧的点云数据进行融合，并进行三维场景图像模型点集的更新；（5）依据步骤（4）中得到的融合后的点云数据的强度以及步骤（3）中得到的三角面片的法向量和顶点的法向量，生成三维场景图像。

《多波束成像声呐仿真及成像分析研究》篇一一、引言多波束成像声呐（Multi-beam Imaging Sonar）是一种高分辨率、高精度的水下探测设备，广泛应用于海洋科学研究、水下考古、海洋资源探测以及军事等领域。

其工作原理是通过发射多个声波束，对水下目标进行扫描，并根据接收的回波信息重构目标的图像。

近年来，随着计算机技术和信号处理技术的不断发展，多波束成像声呐在成像性能和抗干扰能力方面取得了显著的进步。

本文将对多波束成像声呐的仿真及其成像分析进行研究。

二、多波束成像声呐的仿真1. 仿真模型建立多波束成像声呐的仿真模型主要包括声呐系统模型、目标模型和环境模型。

声呐系统模型包括发射器、接收器和信号处理模块等；目标模型用于模拟水下目标的形状、大小和材质等特征；环境模型则用于模拟水体的声速、温度、盐度等参数以及水下的地形地貌等。

在仿真过程中，首先需要根据实际需求和条件，设定仿真参数，如声呐的工作频率、波束数、扫描速度等。

然后，通过建立仿真模型，模拟声波的发射、传播和接收过程。

2. 仿真结果分析仿真结果主要包括声波的传播图像和回波信号的时序图。

通过对这些图像和时序图的分析，可以了解声波在水下的传播特性，如声速分布、衰减等。

同时，还可以分析回波信号的强度、频率等特征，为后续的成像处理提供依据。

三、多波束成像分析1. 成像原理多波束成像声呐的成像原理是通过多个声波束对水下目标进行扫描，根据接收到的回波信息重构目标的图像。

在成像过程中，需要考虑到声波的传播特性、目标特性以及环境因素等多种因素。

2. 成像性能评价多波束成像声呐的成像性能主要受到分辨率、信噪比和动态范围等指标的影响。

分辨率越高，能够分辨出目标越细微的特征；信噪比越高，图像的清晰度越高；动态范围则决定了图像的亮度和对比度。

通过对这些指标的分析，可以评价多波束成像声呐的成像性能。

3. 成像结果分析通过对多波束成像声呐的实际应用进行实验研究，可以获得水下目标的图像。

高分辨率成像声纳显控软件的设计与实现的开题报告1. 研究背景声纳成像技术是一种通过声波来获取水下情况的技术。

它已广泛应用于水下探测、航测、海洋地质、军事等领域。

高分辨率成像声纳成像技术是声纳成像技术的一种，其能够得到更加清晰、准确的水下图像，成为了近年来水下成像领域的研究热点之一。

与此同时，随着计算机技术的不断发展，图像处理的算法和软件也越来越普及和成熟。

通过计算机处理声纳信号，可以得到更加高质量的成像效果。

因此，在声纳成像技术的发展中，研究高分辨率成像声纳软件的设计与实现，将会对水下成像技术的发展产生重要影响。

2. 研究目的本研究旨在设计和实现一款高分辨率成像声纳显控软件，该软件可以实现如下功能：- 通过声纳探测水下情况并获得声波信号；- 对声波信号进行数据处理，提取出图像信息；- 对提取出的图像信息进行处理和优化，得到高分辨率、清晰度高的成像结果；- 实现图像实时显示和保存功能，方便后续分析和处理。

3. 研究内容（1）改进声纳成像算法在声纳成像中，需要对获取到的声波信号进行处理，提取出有效的图像信息并进行成像。

目前，已有许多声纳成像算法可供选择，但其成像效果仍有待进一步改进。

本研究将针对现有声纳成像算法进行分析，探讨并改进其成像效果，使得成像效果更为清晰、准确。

（2）开发声纳成像数据处理平台针对高分辨率成像声纳显控软件的设计需求，需建立一个数据处理平台来处理声波信号。

该数据处理平台中将包含有声波数据获得、声波数据处理、图像优化等一系列数据处理操作，即完成声波数据转换成图像的过程。

（3）软件系统实现最后根据前期的研究工作，设计与实现一款高分辨率成像声纳显控软件，软件特点为：能够实时显示水下情况、能够实现声纳信号的处理和优化、输出高分辨率、高清晰度的水下图像、提供保存水下图像的功能，方便后续分析和处理。

4. 研究计划（1）前期工作（2个月）对高分辨率声纳成像技术的研究和现有声纳成像算法进行深入分析和调研，并对设计和实现高分辨率成像声纳显控软件所需的技术进行研究和验证。

三维成像声纳中接收与发射基阵设计研究的开题报告一、研究背景随着海洋资源开发和海上交通不断增加，海洋勘探和海洋监测的需求越来越迫切。

在海洋勘探中，声纳技术是一种非常有效的手段。

三维成像声纳利用声波在水中的传播特性，可以对海底地形、海洋生物以及海水中的物理、化学、生物学特征等进行探测和分析。

在三维成像声纳中，接收与发射基阵的设计是非常关键的问题，直接影响到成像的分辨率和准确性。

目前，三维成像声纳中，一般采用线阵或平面阵作为发射与接收基阵。

线阵具有较好的方向性和发射功率，但是发射波束宽度较大，难以达到较高的空间分辨率。

而平面阵可以实现快速的扫描和成像，但是由于发射波束是平的，难以达到垂直扫描的效果。

为了解决这些问题，需要设计一种新型的接收与发射基阵，可以同时实现较高的方向性和空间分辨率，以及垂直扫描的效果。

二、研究目的本研究的目的是设计一种新型的接收与发射基阵，可以在三维成像声纳中实现较高的方向性和空间分辨率，以及垂直扫描的效果。

具体目标如下：1、研究接收与发射基阵的原理和性质，分析其优缺点；2、设计一种新型的接收与发射基阵，可以同时实现较高的方向性和空间分辨率，以及垂直扫描的效果；3、在实验室中对所设计的接收与发射基阵进行实验验证，分析其成像效果和性能特点。

三、研究内容和方法1、研究接收与发射基阵的原理和性质从理论上分析接收与发射基阵的发射和接收特性，分析其优缺点，为后续设计提供理论基础。

2、设计新型的接收与发射基阵根据研究目标，设计一种新型的接收与发射基阵，并利用声学仿真软件进行验证。

3、实验验证在实验室中利用自行设计的接收和发射基阵进行声学成像实验，对其成像效果和性能特点进行测试和分析。

四、研究意义本研究将为海洋勘探和海洋监测提供有效的手段，提高海洋资源开发和海上交通的安全性和效率。

同时，本研究可以提高声纳技术在工业生产、医学成像等领域中的应用水平，具有重要的社会和经济意义。

五、预期结果本研究预期可以设计出一种新型的接收与发射基阵，可以在三维成像声纳中实现较高的方向性和空间分辨率，以及垂直扫描的效果。

《多波束成像声呐仿真及成像分析研究》篇一一、引言多波束成像声呐作为一种重要的水下探测设备，具有高分辨率、大范围探测等优点，在海洋资源勘探、水下目标探测、海洋环境监测等领域具有广泛的应用。

随着计算机技术的不断发展，多波束成像声呐的仿真技术也越来越成熟，成为研究其成像性能、优化设计及实际应用的必要手段。

本文将重点介绍多波束成像声呐的仿真技术及其成像分析研究。

二、多波束成像声呐仿真技术2.1 仿真原理多波束成像声呐的仿真原理主要基于声波传播理论、波束形成算法以及图像处理技术。

首先，通过仿真软件建立声呐的几何模型、环境模型和声场模型，然后利用波束形成算法模拟多个声波波束的发射和接收过程，最后通过图像处理技术对接收到的声波信号进行滤波、增强等处理，形成多波束成像声呐的模拟图像。

2.2 仿真软件选择目前，常用的多波束成像声呐仿真软件包括MATLAB、Simulinks等。

这些软件具有强大的数学计算和图像处理能力，能够满足多波束成像声呐仿真的需求。

此外，还可以根据具体需求开发定制化仿真软件，提高仿真效率和精度。

2.3 仿真步骤多波束成像声呐的仿真步骤主要包括：建立几何模型、设定仿真参数、运行仿真程序、处理仿真结果等。

具体来说，需要先确定声呐的工作频率、波束数、发射功率等参数，然后根据实际需求建立声呐和水下环境的几何模型，设定环境参数如水温、盐度、深度等。

接着运行仿真程序，模拟声波的发射和接收过程，最后对接收到的声波信号进行处理，形成多波束成像声呐的模拟图像。

三、多波束成像声呐成像分析研究3.1 成像质量评价多波束成像声呐的成像质量评价主要从分辨率、信噪比、动态范围等方面进行评估。

分辨率越高，能够检测到的目标就越清晰；信噪比越高，图像质量越好；动态范围越宽，能够适应不同环境下的探测需求。

通过对多波束成像声呐的模拟图像进行质量评价，可以了解其性能特点及优缺点。

3.2 影响因素分析多波束成像声呐的成像质量受到多种因素的影响，包括声呐的工作频率、波束数、发射功率、环境因素等。

基于VS2010的水声垂直矢量阵列声呐程序设计与实现宫君乐;刘德铸;朱琳
【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2018(042)009
【摘要】基于矢量水听器阵列的目标方位估计是水声信号处理研究的重要内容.针对垂直矢量阵列声呐,设计一款高性能声呐软件进行实时数据处理与显示变得很有必要.基于VS2010平台,本文设计开发了集PSD、LOFAR、DE-MON、MUSIC算法分析于一体的声呐信号软件,介绍了软件的界面和各个功能模块设计,给出了具体的实现过程.该软件具有操作简便、界面友好、稳定性强等优点,已成功应用于某水声垂直矢量阵列声呐分析测量系统中.
【总页数】4页(P45-48)
【作者】宫君乐;刘德铸;朱琳
【作者单位】中国电子科技集团公司第三研究所,北京100015;中国电子科技集团公司第三研究所,北京100015;中国电子科技集团公司第三研究所,北京100015【正文语种】中文
【中图分类】TP311.1
【相关文献】
1.基于VS2010的双人贪吃蛇设计与实现 [J], 李嘉诚
2.不同权矢量下水声低频相控垂直阵远程探测性能的研究 [J], 李海峰;马力;曾娟;刘海军;彭大勇;赵文耀
3.基于矢量的测绘成果检查记录自动提取程序设计与实现 [J], 张元敏
4.基于VS2010的双人贪吃蛇设计与实现 [J], 李嘉诚
5.基于单矢量水听器的水声通信接收机的设计与实现 [J], 黄熠;刘书杰;刘和兴;董钊;成家威
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Value Engineering1侧扫声纳的应用机理在操作侧扫声纳技术时，由于使用的是不连续的测深系统，因此在进行数据采集和处理时需要将不同深度的各种测绘数据进行收集和整理，而在对这些数据进行处理时，通常需要根据不同的深度将数据进行分类。

数据显示与记录单元主要是对在操作侧扫声纳技术时所采集到的各种测绘数据进行收集和整理。

同时还可以通过人机交互的方式对其进行展示。

数据传送单元，一般是在侧扫声纳技术中，最前方的工作模块，其主要作用就是能够在信息通道平台上，有效地传送测绘数据，为后续的数据深度处理提供更好的支持。

数据传送单元在整个侧扫声纳技术中，处于最前端，也是最重要的一环。

侧扫声纳技术中，最前方的工作模块，就是水下声波发射器。

它的主要作用就是发出声波，并以此来收集各种测绘信息。

拖曳电缆是必不可少的硬体装置，可以起到牵引、供电等多种功能。

接收换能器，也叫水听器，它能够把水中的声音信号转换成电信号，是侧扫声纳技术的一个关键组成部分，它能够把声波收集的信息转换成电信息。

该系统具有多种功能，能够在多种海洋测量任务中起到良好的作用。

它的工作频率一般为数十千赫至数百千赫，有效距离为300~600米。

侧扫声纳在进行近距离探测时，由于其本身的高分辨能力，可获得良好的地图绘制效果。

在进行海底地质勘探的时候，它的工作频率大大提高，能够探测到20公里的范围。

侧扫声纳技术的换能器主要位于拖曳体和船体之间，在海上行驶时向两边向下发射声脉冲，整体呈扇形波束。

该方法利用声波判断海面、海底及水体的媒质性质，并对该地区的声学结构进行探测，并对有关资料进行采集和处理。

[1]2多波束声纳数据处理系统的长回波的数据信息处理方法，主要包括：数据格式转换与读取，声速剖面信息处理，位置数据处理，潮位信息处理，姿态数据处理，深度信息处理，网格化，坐标系的转换。

在现代科技的帮助下，多波段声纳技术在已开展的海深探测中，除了可以实现潮位、声速和归心等校正功能以外，还可以对波束足迹数据进行更有效的计算，进而对海深探测资料加以筛选，并减少了其中存在的噪声和错误信息等。

声纳电子平台稳定及束控技术探仿
况贶;吉雨冠;刘超
【期刊名称】《船舶》
【年(卷),期】2011(022)006
【摘要】介绍了声纳电子平台稳定及束控技术的一般实现方法,并针对声纳系统较常使用的声基阵——圆柱阵,分析了一种基于母线错层布阵的改进型电子平台稳定及束控方法.同时针对圆柱阵的不同成阵方式,对电子平台稳定及束控的效果进行模拟仿真.
【总页数】4页(P54-57)
【作者】况贶;吉雨冠;刘超
【作者单位】海装驻上海地区军事代表局上海200083;中国船舶工业集团公司第七○八研究所上海200011;海鹰企业集团有限责任公司无锡214061
【正文语种】中文
【中图分类】U665.26
【相关文献】
1.典型阵列声纳束控演示软件开发研究 [J], 曲晓慧;曲鲁辉;王传芳
2.赛米控推出新SEMISTACK 电力电子平台 [J],
3.对探潜声纳模拟仿真的技术实现 [J], 邓歌明;郭新峰
4.对探潜声纳模拟仿真的技术实现 [J], 邓歌明;郭新峰
5.包钢50t转炉声纳控渣技术的应用 [J], 尚松林; 聂福安
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基于统一建模语言的声纳显控软件设计
于海春;冯师军;孙长瑜
【期刊名称】《应用声学》
【年(卷),期】2009(028)004
【摘要】运用UML(统一建模语言)对声纳显控软件进行建模,以适应声纳显控软件越来越丰富的功能要求,构建了声纳显控软件系统的用例图模型、顺序图模型和类图模型.以拖曳式被动声纳为例,利用基于UML的软件模型进行软件开发,开发了一套声纳显控软件.
【总页数】5页(P268-272)
【作者】于海春;冯师军;孙长瑜
【作者单位】中国科学院声学研究所,北京,100190;中国科学院声学研究所,北京,100190;中国科学院声学研究所,北京,100190
【正文语种】中文
【中图分类】O4
【相关文献】
1.基于深度学习的声纳智能化显控设计方法 [J], 王蕾
2.基于NIOSⅡ的声纳主机与显控台之间的RS232通信协议 [J], 王斌;许伟杰
3.基于Qt的声纳模拟显控软件设计与实现 [J], 李华庆
4.基于HGS12864显示屏的显控软件设计 [J], 徐春梅; 刘太兵
5.基于Qt的小目标探测声纳显控软件设计 [J], 何睿;王彦鹏;冯其瑞;王怀锋;颜波
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VxWorks下声纳基阵稳定控制系统的软件实现
谢李李;乐慧康;陈义平
【期刊名称】《工业控制计算机》
【年(卷),期】2004(17)9
【摘要】介绍了VxWorks操作系统中任务间的通信,声纳基阵稳定控制系统的结构,主要功能,软件任务的划分,在VxWorks中这些任务的实现及任务间的通信.同时介绍了VxWorks任务与Zinc任务的通信及实现,并对VxWorks任务间通信机制的性能作了比较,分析和总结.
【总页数】2页(P45-46)
【作者】谢李李;乐慧康;陈义平
【作者单位】哈尔滨工程大学自动化学院,150001;哈尔滨工程大学自动化学院,150001;哈尔滨工程大学自动化学院,150001
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.被动声纳基阵的数据采集与处理软件的设计与实现 [J], 纳杰斯
2.基于模糊自适应PID控制的猎雷声纳基阵姿态稳定系统 [J], 修瑛;谈振藩;鲁燕;曹实实
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4.声纳基阵信号模拟器实时软件的开发 [J], 李蕾;吴永清;蔡惠智
5.基于自抗扰控制器的猎雷声纳基阵姿态稳定系统研究 [J], 郝颖;谈振藩;赵欣
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声纳基阵稳定平台控制系统研究的开题报告开题报告一、研究背景和意义在海洋勘探和渔业生产等领域中，声纳技术被广泛应用于水下探测、目标追踪等方面。

为了保证声纳探测的准确性和精度，需要使用稳定平台将声纳设备固定在水下航行器上，以减小运动对声纳收发器产生的干扰。

同时，对稳定平台的控制能力也对声纳探测和跟踪的效果产生重要影响。

针对这一问题，本研究拟着重研究并开发一种新方法，即基于反馈控制技术设计的声纳基阵稳定平台控制系统，以实现精确控制平台的角度和位置，并使平台硬件上更加稳定可靠。

二、研究内容本研究的主要内容包括：1.声纳基阵稳定平台系统结构设计：根据声纳技术的特点和控制需求，着重研究声纳基阵稳定平台系统的结构设计，包括平台本体设计、传感器选择及布置等。

2.反馈控制方法研究：基于 MATLAB/Simulink 平台，对反馈控制方法进行研究，包括系统建模、控制器设计和参数整定等。

3.基阵稳定平台控制系统实现：基于硬件平台开发声纳基阵稳定平台控制系统，包括控制器集成、多个传感器的数据采集和处理等。

4.实验验证与性能分析：通过搭建平台实验平台，对设计的基阵稳定平台控制系统进行实验验证，并与传统控制系统进行对比性能分析。

三、研究方法及技术路线本研究采用以下研究方法：1.文献调研：调研相关领域的文献资料，对稳定平台控制技术进行深入了解，确定研究内容和方向。

2.理论分析：基于系统控制理论，对声纳基阵稳定平台控制系统进行建模和分析，研究系统的性能指标及优化方法。

3.实验仿真：使用 Matlab/Simulink 平台搭建系统仿真模型，对控制算法进行仿真验证，评估系统控制性能。

4.系统开发：基于实验验证结果，开发稳定平台控制系统，包括控制器的硬件和软件开发、传感器的选择与部署等。

5.实验验证：利用水下航行器平台进行实验验证，比较控制系统的性能和稳定性，分析和解决可能存在的问题四、预期成果本研究的预期成果包括：1.设计出适用于声纳基阵稳定平台的特定结构和控制算法，达到角度和位置的稳定控制。

图像声纳的相控发射机设计的开题报告
一、研究背景
图像声纳是一种将声波的反射信号转化成图像的技术，可以用于水下目标的探测、定位和识别。

其中相控发射机是图像声纳系统中的关键组成部分，其作用是控制声波
的发射方向和形成波束，以提高系统的探测精度和实时性。

二、研究内容
本研究旨在设计一种高精度、高实时性的图像声纳相控发射机，主要研究内容包括：
1.相控阵列技术的原理与应用：介绍相控阵列技术的基本原理和应用情况，探讨其在图像声纳系统中的作用和优势。

2.相控发射机的组成和工作原理：分析相控发射机的组成、工作原理和参数选择，设计出符合实际需求的相控发射机方案。

3.相控发射机的控制算法设计：根据相控发射机的工作原理和参数选择，设计出相应的控制算法，保证系统具有高精度和高实时性。

4.相控发射机的实现和测试：采用实验室实际设备进行相控发射机的实现和测试，分析实验数据，验证设计的相控发射机方案的可行性和优越性。

三、研究意义
本研究的结果可以应用于图像声纳系统的设计和实现，提高系统的探测精度和实时性，具有重要的实际应用价值。

同时，研究过程中还可深入理解相控阵列技术的原
理和应用，为该领域的进一步发展提供参考和支持。