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三维避碰声纳显控软件设计实现的中期报告
一、项目介绍
本项目是三维避碰声纳显控软件的设计与实现，主要针对潜艇等水下机器人的行动安全，利用声纳技术进行避碰。本软件可实现自主避碰、人工干预、数据存储与回放等功能，通过图像化界面直观展现检测结果。
二、设计思路
本软件采用Java编写，采用MVC模式进行设计，主要分为模型层、视图层和控制层。
1.模型层
模型层主要实现声波信号处理、数据存储等功能。声波信号处理模块通过声纳设备获取声纳回波数据，并进行信号处理、滤波等操作，得到目标物和障碍物的位置、距离等信息。数据存储模块将处理好的数据存储至本地数据库中，方便后续数据分析和回放。
2.视图层
视图层主要实现用户界面设计和显示。本软件采用图像化的方式展示声纳检测结果，提供多种显示模式供用户选择。同时，本软件还提供实时显示和录像回放功能，方便用户对历史数据进行分析。
3.控制层
控制层主要实现软件逻辑控制功能，包括自主避碰、人工干预等。自主避碰模块根据声呐回波图像和预设的阈值进行避碰决策，当发生障碍物时自动控制机器人进行避碰操作。人工干预模块则提供手动干预的方式，使用户可以对机器人进行手动操作。
三、实现细节
本软件的实现主要涉及几个方面。
1.数据获取与处理
本软件主要通过串口获取声纳回波数据，并进行处理。采用多线程方式进行数据获取，并将获取到的数据传递给数据处理模块进行消噪、滤波等操作。
2.显示功能
显示功能分为实时显示和录像回放两部分。实时显示采用JavaSwing技术实现，通过定时器实现声波图像的刷新。录像回放采用本地视频文件进行，利用JavaFXMediaView实现视频播放功能。
3.避碰控制功能
本软件的避碰控制功能主要采用人工干预和自主避碰两种方式。自主避碰根据声波图像和预设阈值进行避碰决策，采用PID控制算法进行机器人控制。人工干预则提供手动操控方式，用户可通过软件界面控制机器人的前进、后退、转向等操作。
四、成果展示
本软件采用Java语言编写，运行框架为Eclipse，具有良好的跨平台兼容性。软件界面美观简洁，易于操作。通过软件的形象展示，可以直观地观察到障碍物在机器人周围的情况。
五、后续工作
目前，本软件实现了基本的避碰功能，但还存在一些问题需要改进。例如，在较复杂的水下环境中，障碍物的形态和数量十分复杂，难以使用简单的回波图像进行判断，需要加入更多的特征提取和分类算法。此外，针对水下环境中的多路径传播问题，需要使用多波束声纳进行探测，提高探测精度。
六、总结
本软件基于三维避碰声纳技术，实现了UI设计、声波信号处理、自主避碰和人工干预等功能。通过图像化的方式，方便用户对检测结果进行观察和分析。未来，我们将继续完善软件功能，提高软件性能和稳定性，为水下机器人行动安全提供更多保障。