CN110361704A - 一种声呐海上试验数据回放分析系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声呐海上试验数据回放分析系统及方法。它包括数据推送控制模块，用于提供人机交互接口、完成回放初始参数配置、向声呐数据库发送指令控制回放分析进度；声呐数据库，用于存储外场试验/训练的声呐原始数据、接收数据推送控制模块的指令、根据指令读取选定数据并向声呐数据处理模块推送；声呐数据处理模块，用于接收声呐数据库推送的数据并完成声呐信号处理，将处理结果发送给声呐显控终端显示；根据声呐显控终端的指令修改声呐信号处理的参数；声呐显控终端，用于显示处理结果。本发明可满足多源大容量非结构化的数据存储、回放分析，实现回放数据时段的灵活选择和强实时节拍控制。

Description

一种声呐海上试验数据回放分析系统及方法

技术领域

本发明属于水声工程技术领域，具体涉及一种声呐海上试验数据回放分析系统及方法。

背景技术

采用大孔径声呐阵列的声呐是水声工程领域的一个重要趋势和方向，常用于水下目标探测、定位、跟踪等重要方面。涉及水声物理、水声传感器阵列技术、水声信号处理技术、实时并行计算技术等的综合应用。鉴于声呐面对的复杂水声环境等问题，在声呐系统研制过程中，为达到最佳的处理效果，经常需要用数据反复检验信号处理算法和声呐系统的性能。声呐投入使用后，也需要利用大量数据训练声呐操作人员。另一方面，鉴于海上试验、训练组织需要花费大量人力物力，且易受偶然因素(如天气、海况)影响，不便大量、频繁地组织声呐的海上试验、训练以获取大量外场实录数据。

为了在试验室检验声呐处理算法的性能，一般用计算机产生阵列仿真数据，即模拟信号源。对声呐信号模拟而言，一般只模拟阵元接收数据，而对阵列姿态数据、海上多目标数据很难准确模拟。受限于海洋水声环境和目标的复杂性，仿真数据总是难以全面模拟真实的试验或训练数据，只能在一定程度上验证算法的正确性，声呐性能的最终检验还是要通过海上数据进行。由于海上试验或训练机会的难得，一般在试验或训练时总是尽可能全时记录原始数据，虽然这些数据在验证某个算法时不见得全部管用，甚至一些数据质量较差时段(如平台转弯等)的数据也一并记录下来，不利于后期数据分析。大量宝贵实录数据不可能存放在每一个算法研究人员的电脑里，需要集中存储和管理，每次使用数据时需要从数据库中寻找对应时间段的数据，耗费时间长，试验效率低。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种简单、效率高的声呐海上试验数据回放分析系统及方法。

本发明采用的技术方案是：一种声呐海上试验数据回放分析系统，包括

数据推送控制模块，用于提供人机交互接口、完成回放初始参数配置、向声呐数据库发送指令控制回放分析进度；

声呐数据库，用于存储外场试验/训练的声呐原始数据，用于接收数据推送控制模块的指令、根据指令读取选定数据并向声呐数据处理模块推送；

声呐数据处理模块，用于接收声呐数据库推送的数据并完成声呐信号处理，将处理结果发送给声呐显控终端显示；用于根据声呐显控终端的指令修改声呐信号处理的参数；

声呐显控终端，用于显示处理结果，向声呐数据处理模块发送参数处理指令。

进一步地，所述声呐数据库采用非结构化数据库。

进一步地，所述声呐原始数据能够按时间、试验名称、声呐名称查询；所述声呐原始数据包括阵列数据和辅助信息数据，所述阵列数据与辅助信息数据在数据记录时保证时间匹配。

进一步地，所述声呐信号处理包括波束形成、能量积累、目标测向、目标跟踪和频谱分析的空间处理及时间处理。

一种声呐海上试验数据回放分析方法，过程为：配置数据服务器，配置推送和接收数据的目的地址，从所述数据服务器获取声纳原始数据，从声纳原始数据中选择推送的数据文件，根据提前配置的推送参数和推送节拍推送数据，对推送的数据进行回放分析处理，处理完成后对结果进行显示。

进一步地，包括初始化配置阶段，步骤如下：

步骤1，配置数据服务器，配置推送和接收数据的目的地址，形成推送数据连接，所述数据服务器为提供人机交互接口的推送控制模块，所述推送数据的目的地址为用于配置声呐数据库主机的IP地址，所述接收数据的目的地址为声呐数据处理模块数据接收单元的IP地址；

步骤2，获取声纳原始数据并存储：获取默认路径下的所有声呐阵列数据的源文件，显示在源文件列表中，同时获取与所述阵列数据时间匹配的辅助信息数据文件；

步骤3，选择推送数据文件：根据试验记录说明，结合阵列数据文件列表中的文件时间信息，选择需要推送的一个或多个阵列数据文件，根据选定的阵列数据文件时段自动选定辅助信息数据文件；

步骤4，配置推送参数，包括：根据试验记录说明配置阵列通道数、采样率，自动获取拟推送数据文件总时长；配置声呐数据处理单帧数据时长后，自动计算拟推送数据文件的总帧数；配置起始推送时间，自动计算起始推送数据帧的存储地址；

步骤5，配置推送节拍，包括：根据算法验证和回放分析需要，选择单次推送、循环推送两种模式中的一种；选择单次推送则连续推送所选数据文件，直至所选数据推送完毕后停止推送；选择循环推送则连续推送所选数据文件，推送完毕后重新开始推送所选数据，直至人工停止推送。

进一步地，包括数据回放分析阶段，步骤如下：

步骤1，产生节拍控制信号，用于启动一帧新数据的读取和推送。

步骤2，根据节拍控制信号读取实录数据：采用A、B双缓存机制将拟推送数据从硬盘读入内存，每次读取一帧阵列数据和辅助信息数据；根据奇偶帧序号依次交替A、B缓存分别作为读取缓存和推送缓存，收到节拍控制信号后，读取一帧新数据放入读取缓存区；

步骤3，回放当前帧数据：收到节拍控制信号后，将推送缓存区的数据通过以太网发送给声呐数据处理模块，发送完毕后将推送缓存区清空，声呐数据处理模块完成处理后将结果发送声呐显控终端进行显示。

更进一步地，所述数据回放分析阶段还包括：

步骤4，判断正在读取的数据文件是否已经到达末尾，如果是，则进入步骤5；否则返回步骤2；

步骤5，判断当前数据文件是否为拟推送的最后一个文件，如果是，则进入步骤6；否则根据拟推送数据文件的递增序号，更换文件名，重复步骤2-步骤4；

步骤6，判断是否处于循环推送模式，如果是，则将读取文件名改为第一个文件名，重复步骤2-步骤4，直至人工停止回放数据的读取与推送；否则自动停止回放数据的读取与推送。

本发明的有益效果是：

(a)、采用分布式布局，满足大容量数据安全存储、实时回放的要求；

(b)、声呐数据库存储了包括阵列数据和辅助信息数据等试验现场原始数据，为回放分析提供了有力保障，可靠性强；

(c)、数据推送控制模块可实现灵活的数据时段选择和强实时节拍控制，有效提高处理效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明初始化配置阶段的流程图。

图3为本发明数据回放分析阶段的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1所示，本发明提供一种声呐海上试验数据回放分析系统，包括数据推送控制模块、声呐数据库、声呐数据处理模块和声呐显控终端，数据推送控制模块1与声呐数据库2相连，声呐数据库2、声呐显控终端4分别与声呐数据处理模块3相连，各模块之间通过高速以太网连接，传输速度快，各模块具体功能如下：

数据推送控制模块1提供人机交互接口、完成回放初始参数配置，向声呐数据库发送指令控制回放分析进度。

声呐数据库2采用非结构化数据库，用于存储外场试验/训练的声呐原始数据，声呐原始数据能够按时间、试验名称、声呐名称查询；所述声呐原始数据包括阵列数据和辅助信息数据，所述阵列数据与辅助信息数据在数据记录时保证时间匹配，声呐阵列数据包括阵元数据、阵列姿态数据、阵元状态数据等，辅助信息数据包括平台工况、AIS数据等。声呐数据库2中安装有数据推送软件，负责接收数据推送控制模块的指令、根据指令读取选定数据并向声呐数据处理模块推送。

声呐数据处理模块3，用于接收声呐数据库推送的数据并完成声呐信号处理，将处理结果发送给声呐显控终端显示；用于根据声呐显控终端的指令修改声呐信号处理的参数。声呐信号处理包括波束形成、能量积累、目标测向、目标跟踪和频谱分析等的空间处理及时间处理。

声呐显控终端4，用于显示处理结果，向声呐数据处理模块发送参数处理指令。

本发明还提供一种声呐海上试验数据回放分析方法，过程为：配置数据服务器，配置推送和接收数据的目的地址，从所述数据服务器获取声纳原始数据，从声纳原始数据中选择推送的数据文件，根据提前配置的推送参数和推送节拍推送数据，对推送的数据进行回放分析处理，处理完成后对结果进行显示。

上述方法具体包括初始化配置阶段，如图2所示，步骤如下：

步骤1，配置数据服务器，配置推送和接收数据的目的地址，形成推送数据连接，所述数据服务器为提供人机交互接口的推送控制模块，所述推送数据的目的地址为用于配置声呐数据库主机的IP地址，所述接收数据的目的地址为声呐数据处理模块数据接收单元的IP地址；

步骤2，获取声纳原始数据并存储：获取默认路径下的所有声呐阵列数据的源文件，显示在源文件列表中，也可人工指定新的文件路径，同时获取与所述阵列数据时间匹配的辅助信息数据文件；

步骤3，选择推送数据文件：根据试验记录说明，结合阵列数据文件列表中的文件时间信息，选择需要推送的一个或多个阵列数据文件，根据选定的阵列数据文件时段自动选定辅助信息数据文件。

步骤4，配置推送参数，包括：根据试验记录说明配置阵列通道数、采样率，自动获取拟推送数据文件总时长；配置声呐数据处理单帧数据时长后，自动计算拟推送数据文件的总帧数；配置起始推送时间，自动计算起始推送数据帧的存储地址；

步骤5，配置推送节拍，包括：根据算法验证和回放分析需要，选择单次推送、循环推送两种模式中的一种；选择单次推送则连续推送所选数据文件，直至所选数据推送完毕后停止推送；选择循环推送则连续推送所选数据文件，推送完毕后重新开始推送所选数据，直至人工停止推送。

上述方法具体还包括数据回放分析阶段，如图3所示，步骤如下：

步骤1，数据推送控制模块产生节拍控制信号发送给声呐数据库，用于启动一帧新数据的读取和推送。

步骤2，根据节拍控制信号读取实录数据：采用A、B双缓存机制将拟推送数据从硬盘读入内存，每次读取一帧阵列数据和辅助信息数据；根据奇偶帧序号依次交替A、B缓存分别作为读取缓存和推送缓存，收到节拍控制信号后，读取一帧新数据放入读取缓存区；

步骤3，回放当前帧数据：收到节拍控制信号后，将推送缓存区的数据通过以太网发送给声呐数据处理模块，发送完毕后将推送缓存区清空，声呐数据处理模块完成处理后将结果发送声呐显控终端进行显示。

步骤4，判断正在读取的数据文件是否已经到达末尾，如果是，则进入步骤5；否则重复步骤2至本步骤；

步骤5，判断当前数据文件是否为拟推送的最后一个文件，如果是，则进入步骤6；否则根据拟推送数据文件的递增序号，更换文件名，重复步骤2-4；

步骤6，判断是否处于循环推送模式，如果是，则将读取文件名改为第一个文件名，重复步骤2-步骤4，直至人工停止回放数据的读取与推送；否则自动停止回放数据的读取与推送。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (8)

1.一种声呐海上试验数据回放分析系统，其特征在于：包括

数据推送控制模块，用于提供人机交互接口、完成回放初始参数配置、向声呐数据库发送指令控制回放分析进度；

声呐数据库，用于存储外场试验/训练的声呐原始数据，用于接收数据推送控制模块的指令、根据指令读取选定数据并向声呐数据处理模块推送；

声呐数据处理模块，用于接收声呐数据库推送的数据并完成声呐信号处理，将处理结果发送给声呐显控终端显示；用于根据声呐显控终端的指令修改声呐信号处理的参数；

声呐显控终端，用于显示处理结果，向声呐数据处理模块发送参数处理指令。

2.根据权利要求1所述的声呐海上试验数据回放分析系统，其特征在于：所述声呐数据库采用非结构化数据库。

3.根据权利要求1所述的声呐海上试验数据回放分析系统，其特征在于：所述声呐原始数据能够按时间、试验名称、声呐名称查询；所述声呐原始数据包括阵列数据和辅助信息数据，所述阵列数据与辅助信息数据在数据记录时保证时间匹配。

4.根据权利要求1所述的声呐海上试验数据回放分析系统，其特征在于：所述声呐信号处理包括波束形成、能量积累、目标测向、目标跟踪和频谱分析的空间处理及时间处理。

5.一种声呐海上试验数据回放分析方法，其特征在于：配置数据服务器，配置推送和接收数据的目的地址，从所述数据服务器获取声纳原始数据，从声纳原始数据中选择推送的数据文件，根据提前配置的推送参数和推送节拍推送数据，对推送的数据进行回放分析处理，处理完成后对结果进行显示。

6.根据权利要求5所述的声呐海上试验数据回放分析方法，其特征在于：包括初始化配置阶段，步骤如下：

步骤1，配置数据服务器，配置推送和接收数据的目的地址，形成推送数据连接，所述数据服务器为提供人机交互接口的推送控制模块，所述推送数据的目的地址为用于配置声呐数据库主机的IP地址，所述接收数据的目的地址为声呐数据处理模块数据接收单元的IP地址；

步骤2，获取声纳原始数据并存储：获取默认路径下的所有声呐阵列数据的源文件，显示在源文件列表中，同时获取与所述阵列数据时间匹配的辅助信息数据文件；

步骤3，选择推送数据文件：根据试验记录说明，结合阵列数据文件列表中的文件时间信息，选择需要推送的一个或多个阵列数据文件，根据选定的阵列数据文件时段自动选定辅助信息数据文件；

步骤4，配置推送参数，包括：根据试验记录说明配置阵列通道数、采样率，自动获取拟推送数据文件总时长；配置声呐数据处理单帧数据时长后，自动计算拟推送数据文件的总帧数；配置起始推送时间，自动计算起始推送数据帧的存储地址；

步骤5，配置推送节拍，包括：根据算法验证和回放分析需要，选择单次推送、循环推送两种模式中的一种；选择单次推送则连续推送所选数据文件，直至所选数据推送完毕后停止推送；选择循环推送则连续推送所选数据文件，推送完毕后重新开始推送所选数据，直至人工停止推送。

7.根据权利要求5所述的声呐海上试验数据回放分析方法，其特征在于：包括数据回放分析阶段，步骤如下：

步骤1，产生节拍控制信号，用于启动一帧新数据的读取和推送。

步骤2，根据节拍控制信号读取实录数据：采用A、B双缓存机制将拟推送数据从硬盘读入内存，每次读取一帧阵列数据和辅助信息数据；根据奇偶帧序号依次交替A、B缓存分别作为读取缓存和推送缓存，收到节拍控制信号后，读取一帧新数据放入读取缓存区；

步骤3，回放当前帧数据：收到节拍控制信号后，将推送缓存区的数据通过以太网发送给声呐数据处理模块，发送完毕后将推送缓存区清空，声呐数据处理模块完成处理后将结果发送声呐显控终端进行显示。

8.根据权利要求7所述的声呐海上试验数据回放分析方法，其特征在于：所述数据回放分析阶段还包括：

步骤4，判断正在读取的数据文件是否已经到达末尾，如果是，则进入步骤5；否则返回步骤2；

步骤5，判断当前数据文件是否为拟推送的最后一个文件，如果是，则进入步骤6；否则根据拟推送数据文件的递增序号，更换文件名，重复步骤2-步骤4；

步骤6，判断是否处于循环推送模式，如果是，则将读取文件名改为第一个文件名，重复步骤2-步骤4，直至人工停止回放数据的读取与推送；否则自动停止回放数据的读取与推送。