CN100406851C - 一种侧扫声纳数据采集处理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种侧扫声纳数据采集处理系统及其方法，系统包括侧扫声纳组件、数据信号卡、计算机系统、电缆。侧扫声纳组件通过数据信号卡与计算机系统连接。侧扫声纳组件将探测到的数据信号通过电缆输入进数据信号卡，由数据信号卡对所输入的信号进行数据采集，并将采集的数据信号输入给计算机系统，由计算机系统对数据信号进行操作。本发明应用了数据信号卡而取代现有技术中DSP卡，同时解决了数据信号卡与侧扫声纳的接口问题，使得用户可以在计算机平台上连续接受和处理海中侧扫声纳所传送的探测数据，对海洋进行长期、自动、连续的监测。

Description

一种侧扫声纳数据采集处理系统及其方法

技术领域：

本发明涉及一种水下探测系统，尤其涉及一种利用侧扫声纳进行海底探测的侧扫声纳数据采集处理系统及其方法。

背景技术：

近年来，随着科学技术的高速发展，人类对覆盖地球总面积70％的海洋的认识逐渐深化，海洋因其经济上的巨大潜力和战略上的重要地位越来越被人们所重视。所以对于海洋的研究开发和环境监测已经成为21世纪的一个重要课题，但是海洋水深、浪大、海中高压、黑暗、低温等恶劣条件，给海洋研究开发和海洋环境监测带来了很大困难。长期以来，海洋环境监测技术主要就是通过现场采样和在实验室内进行化学分析来监测海洋环境，但是，由于海洋环境现状的复杂性，要求对海洋的各种参数进行现场的长期、自动、连续的监测分析。在海洋环境连续监测的各种技术中，侧扫声纳是一种新型的不仅可以对海水表层环境进行监测，而且可以对深海进行监测的自动监测系统。

目前，侧扫声纳分为模拟侧扫声纳和数字侧扫声纳。模拟侧扫声纳是将声信号转换为电信号，所以在电缆中传送的是电信号，在传送过程中，电信号容易受到环境的干扰发生改变，引起图像失真，且电缆长度有限。数字侧扫声纳则不同，当接收到反射声信号后，将其转换成电信号放大并经过A/D转换，将电信号转换成为数字信号，在电缆中传送的是数字信号，传送过程中不会受干扰改变，而且分辨率很高。所以在侧扫声纳中，大多使用数字侧扫声纳。

目前，现有技术中侧扫声纳的种类很多，但是对应各种数字侧扫声纳的采集系统的方法主要是应用DSP卡(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR，数字信号处理器)，然而实现DSP的编程难度很大，很难实现采集系统的集成，且DSP卡的价格十分昂贵，这就给应用数字侧扫声纳进行海洋开发和监测带来了很大的难题，同时针对我国现有海洋研究的发展状况，我们需要配备大量的高级研发人员和花费大量的资金来购买国外的产品，这也对于我国海洋研究造成了困难。

发明内容：

为了解决现有技术中在侧扫声纳采集系统中应用DSP卡，而带来的编程难度大、很难实现采集系统的集成，需要投入大量的资金和人力等问题。本发明根据探测终端的侧扫声纳和操作使用终端的计算机系统，使用了通用数据信号卡作为数据采集单元，并研制了数据信号卡与侧扫声纳的硬件接口。

本发明的具体技术方案如下：

一种侧扫声纳的数据采集处理系统，包括侧扫声纳组件、数据信号卡、计算机系统、电缆；

所述的侧扫声纳组件通过数据信号卡与计算机系统连接；

所述的侧扫声纳组件将探测到的数据信号通过电缆输入进数据信号卡，由数据信号卡对所输入的信号进行数据采集，并将采集的数据信号输入给计算机系统，由计算机系统对数据信号进行操作。

在实际的应用中，侧扫声纳的数据采集处理系统中所述的侧扫声纳组件包括控制单元、拖在水中的拖鱼和电缆。

在实际的应用中，侧扫声纳数据采集处理系统中所述的计算机系统的串行端口COM2与GPS接收器连接，另一个串行端口COM1与所述的侧扫声纳组件中的控制单元连接。

在实际的应用中，侧扫声纳数据采集处理系统中所述的侧扫声纳的型号为DF-1000，数据信号卡的型号为DIO6533。

在实际的应用中，侧扫声纳数据采集处理系统中包括DF-1000数字侧扫声纳组件、DIO6533数据信号卡、GPS接收器、电缆和带有两个RS232串行端口的计算机系统；其中所述的DF-1000数字侧扫声纳组件包括：拖鱼、电缆和控制单元；

所述的拖鱼通过电缆与控制单元连接；所述的控制单元的PARALLEL SIDESCAN端口通过电缆与所述的DIO6533数据信号卡的端口连接，同时所述的控制单元的SERIAL COMMAND端口与所述计算机系统的串行端口COM1连接；所述的计算机系统的串行端口COM2与所述的GPS接收器连接；

所述的DF-1000数字侧扫声纳组件中的拖鱼将数字信号通过电缆传输给控制单元；控制单元通过电缆将数据信号输入进DIO6533数据信号卡，同时将拖鱼的状态信息通过计算机系统的串行端口COM1传输给计算机系统，计算机系统也将测量宽度等控制信息通过串行端口COM1传输给DF-1000的控制单元；所述的计算机系统将所述的DIO6533数据信号卡采集的数据信号和串行端口COM1的状态信号以及另一串行端口COM2的GPS定位信号进行处理操作：数据处理、数据打印和数据显示。

本发明的另一个技术方案是一种侧扫声纳数据采集的方法，其特征在于：所述的采集方法是由所述的侧扫声纳组件进行探测并将探测数据传输给所述的数据信号卡，由数据信号卡对数据进行采集，并由所述的计算机系统对数据进行操作处理；

所述的侧扫声纳组件型号为DF-1000，并由拖鱼、电缆和控制单元组成；所述的数据信号卡型号为DIO6533；所述的计算机系统带有两个RS232串行端口；

所述的采集方法：

(1)首先由所述的DF-1000数字侧扫声纳的拖鱼将探测的声信号转换成数字信号，并通过电缆将探测信号传输给所述的控制单元，由控制单元对探测信号进行数据处理；

(2)所述的控制单元将数据信号从控制单元的PARALLEL SIDE SCAN端口通过电缆传输给所述的DIO6533数据信号卡，由DIO6533数据信号卡对数据进行采集；同时控制单元将状态信号从控制单元的SERIAL COMMAND端口通过电缆传输给所述计算机系统的串行端口COM1；

(3)所述的计算机系统的串行端口COM2接受从所述的GPS接收器发出的定位信号；所述的计算机系统对数据信号、命令信号和定位信号进行处理和操作，输出探测结果。

本发明应用了通用数据信号卡而取代现有技术中DSP卡，同时解决了数据信号卡与侧扫声纳的接口问题，使得用户可以在计算机平台上连续接收和处理海中侧扫声纳所传送的探测数据，对海洋进行长期、自动、连续的监测。同时基于数据信号卡DIO6533对应的ISA、PCI和PCMCIA三种插槽，不仅可以开发出台式计算机采集系统，也可以开发出笔记本计算机采集系统。又基于数据信号卡DIO6533所提供的函数可以在多种软件平台上快速开发出侧扫声纳的采集软件。DIO6533数据信号卡价格便宜，且易于实现采集系统的集成，为进一步提高海底监测技术提供了一种新的系统和方法。

附图说明：

图1为数字侧扫声纳数据采集处理系统的集成示意图；

图2为DF-1000数字侧扫声纳与计算机的DIO6533卡端口间的连接示意图；

其中，DF-1000端的D4-D12代表声纳数据信号线，GND为接地线；IRQ为表示输出新数据开始的正向脉冲信号线；RD为数字信号同步脉冲线。DIO6533卡端的DIOA0-B3代表数字信号接收线，ACK1代表接收数据开始，REQ1表示同步信号接收线。

下面针对具体实施方式对各幅附图进行说明。

具体实施方式：

图1为数字侧扫声纳数据采集处理系统的集成示意图，系统包括DF-1000数字侧扫声纳组件、DIO6533数据信号卡、GPS接收器、电缆和带有两个RS232串行端口的计算机系统；其中DF-1000数字侧扫声纳组件包括：拖鱼、电缆和控制单元；

所述的拖鱼通过电缆与控制单元连接；控制单元的PARALLEL SIDE SCAN端口通过电缆与DIO6533数据信号卡的端口连接，同时所述的控制单元的SERIAL COMMAND端口通过电缆与计算机系统的串行端口COM1连接；所述的计算机系统的串行端口COM2与GPS接收器连接；

所述的DF-1000数字侧扫声纳组件中的拖鱼将原始数字信号通过电缆传输给控制单元，由控制单元对原始数字信号进行再处理；之后控制单元通过电缆将数据信号输入进DIO6533数据信号卡，同时将拖鱼的状态信息通过计算机系统的串行端口COM1传输给计算机系统，计算机系统也将测量宽度等控制信息通过串行端口COM1传输给DF-1000数字侧扫声纳的控制单元；所述的计算机系统将所述的DIO6533数据信号卡采集的数据信号和串行端口COM1的状态信号以及另一串行端口COM2的GPS定位信号进行处理操作：数据处理、数据打印和数据显示。

计算机端的DIO6533卡有三种类型，即AT-DIO-32HS、PCI-DIO-32HS和DAQCard-6533，分别对应ISA、PCI及PCMCIA插槽，可根据计算机类型进行选择。

GPS接收器是使用能输出标准NMEA格式数据的GPS接收器。和计算机之间的连接同样也是标准的RS232串行接口方式。

图2为DF-1000数字侧扫声纳与计算机的DIO6533卡端口间的连接示意图。DF-1000端的D4-D12代表声纳数据信号线，GND为接地线；IRQ为表示输出新数据开始的正向脉冲信号线；RD为数字信号同步脉冲线。DIO 6533卡端的DIOA0-B3代表数字信号接收线，ACK1代表接收数据开始，REQ1表示同步信号接收线。

DF-1000数字侧扫声纳控制单元的主板有两种数据输出方式-交互和连续，本方案选择连续方式。IRQ和RD的极性分别设为正和负。DF-1000控制单元有外置型DCU和内置型DCI的两种，但接线和设定开关的设置方法基本相同。

本发明中DF-1000数字侧扫声纳与微机DIO6533卡端口使用的是并行数据接口，以96kHz的速度连续输出4个通道(100kHz频率的左右侧和500kHz频率的左右侧数据)的声纳数据，数据分辨率为12比特(所以数据线为12条)。

Claims (3)

1.一种侧扫声纳的数据采集处理系统，包括侧扫声纳组件、数据信号卡、计算机系统、电缆；

所述的侧扫声纳组件通过所述的数据信号卡与所述的计算机系统连接；

所述的侧扫声纳组件将探测到的数据信号通过电缆输入进所述的数据信号卡，由所述的数据信号卡对所输入的信号进行数据采集，并将采集的数据信号输入给所述的计算机系统，由计算机系统对数据信号进行操作；

所述的侧扫声纳组件包括控制单元、拖在水中的拖鱼和电缆；

其特征在于：

所述的计算机系统的第一串行端口(COM2)与GPS接收器连接，第二串行端口(COM1)与所述的侧扫声纳组件中的控制单元连接；

所述的侧扫声纳的型号为DF-1000，数据信号卡的型号为DIO6533。

2.根据权利要求1所述的侧扫声纳的数据采集处理系统，其特征在于：

所述的拖鱼通过电缆与控制单元连接；所述的控制单元的PARALLEL SIDESCAN端口通过电缆与所述的DIO6533数据信号卡的端口连接，同时所述的控制单元的SERIAL COMMAND端口通过电缆与所述计算机系统的第二串行端口(COM1)连接；所述的计算机系统的第一串行端口(COM2)与所述的GPS接收器连接；

所述的DF-1000数字侧扫声纳组件中的拖鱼将数字信号通过电缆传输给控制单元；控制单元通过电缆将数据信号输入进DIO6533数据信号卡，同时将拖鱼的状态信号通过计算机系统的第二串行端口(COM1)传输给计算机系统，计算机系统也将测量宽度等控制信息通过第二串行端口(COM1)传输给DF-1000的控制单元；所述的计算机系统将所述的DIO6533数据信号卡采集的数据信号和第二串行端口(COM1)的状态信号以及第一串行端口(COM2)的GPS定位信号进行处理操作：数据处理、数据打印和数据显示。

3.根据权利要求1或2所述的一种侧扫声纳数据采集的方法，其特征在于：所述的采集方法是由所述的侧扫声纳组件进行探测并将探测数据传输给所述的数据信号卡，由数据信号卡对数据进行采集，并由所述的计算机系统对数据进行操作处理；

所述的采集方法：

(1)首先由所述的DF-1000数字侧扫声纳的拖鱼将探测的声信号转换成数字信号，并通过电缆将探测信号传输给所述的控制单元，由控制单元对探测信号进行数据处理；

(2)所述的控制单元将数据信号从控制单元的PARALLEL SIDE SCAN端口通过电缆传输给所述的DIO6533数据信号卡，由DIO6533数据信号卡对数据进行采集；同时控制单元将拖鱼的状态信号从控制单元的SERIAL COMMAND端口通过电缆传输给所述计算机系统的第二串行端口(COM1)；

(3)所述的计算机系统的第一串行端口(COM2)接收从所述的GPS接收器发出的定位信号；所述的计算机系统对数据信号、命令信号和定位信号进行处理和操作，输出探测结果。

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