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《哈尔滨工程大学》 2005年
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高分辨率多波束成像声呐关键技术研究

张小平  
【摘要】:近二十年来,随着海洋资源开发和海洋防卫技术的快速发展,对高分辨率成像声纳的需求越来越迫切,作为水下探测的重要手段,在水下高速目标的轨迹测量、海底地形地貌的绘制、水下目标识别、无人水下作战平台的声探测引导、舰艇的避碰和航空母舰等大型舰船防蛙人袭击的警戒中发挥着重要作用。同时,在水下援潜救生领域中,通作对水下目标的构造、姿态及周围水环境的清晰认识,能够为援潜救生方案提供必要的技术支持,而且还能够实时监测水下作业和监督方案的可靠性实施。 本文以国家“863计划”自动化领域中的“堤坝安全检测水下机器人”项目为主要应用背景开展的,提出了一种基于并行互连拓扑网络的实时高分辨率多波束成像声纳系统方案,并围绕系统的设计与实现展开了一系列关键技术的研究工作。主要研究内容包括:并行处理系统的性能分析研究;并行互连拓扑网络结构研究,并详细讨论了反图拓扑网络;在上述并行处理互连网络研究的基础上,进行了多DSP节点的声纳信号并行处理系统的设计与实现研究;然后,针对数字内插、流水线-延时-采样-聚焦和Delta-Sigma等三种数字波束形成技术进行了研究,并基于实时性研究了动态延时聚焦算法。最后,所实现的高分辨率多波束成像声纳结合实际的探测需求,进行了应用实验研究。 第1章绪论部分阐述了课题提出的背景和选题的意义,回顾了高分辨率成像声纳的发展历程以及在国内外的研究应用情况,给出了成像声纳基阵的技术指标和具体设计,介绍了实时并行处理技术的研究与发展现状,本文的主要研究内容和组织结构。 第2章论述了高速数字信号处理器的特点和性能,对基于DSP的三种并行处理体系结构进行了分析研究。在此基础上,研究了并行处理技术,建立了并行处理系统的数学分析模型。接着研究和分析了并行处理系统设计中的流水线技术的特点和性能。对静态互连网络拓扑结构和动态互连网络拓扑结构进行了研究,,并对一些常用的网络拓扑结构进行了定量对比分析。在二维反图拓扑结构的基础上,研究了结合静态互连网络和动态互连网络优点的反图拓扑结构。
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