对水声数据与软件设计综述.docx

对水声数据与软件设计综述DT9836采集器具有1kByte的FIFO先进先出缓冲区支持信号的连续采样采用高速的USB2.0总线与计算机相连具有很高的数据吞吐率能高速传输采集到的数据。DT9836采集器是工业级的产品具有较高的稳定性支持热插拔组装灵活方便适合高速同步数据的采集操作。数据采集器采用单5V直流供电。DT9836的数据采集器内置有嵌入式操作系统并提供Windows环境下的硬件驱动程序和开发数据采集程序的软件开发包。程序设计过程做到与硬件无关用户只需理解和掌握DT软件开发包里的函数即可实现对数据采集器的控制编程。利用DT9836的软件开发包可以迅速地开发出数据采集程序缩短软件开发周期便于快速搭建水声数据采集平台。数据采集软件设计数据采集软件的主要功能是调用数据采集器驱动函数控制采集器采集水听器阵列接收的水声数据记录采集到的水声数据并显示数据的时域波形[1]。(图略)。数据采集软件对数据采集器的控制操作是通过调用DataAcqSDK软件开发包完成的。DataAcqSDK是DataTranslation公司数据采集产品的软件开发工具包它包含了Windows环境下进行DataAcq数据采集开发的文档和API函数的输入库、头文件。Data-AcqSDK以动态链接库的形式提供给用户支持大多数DataTranslation的数据采集产品支持Windows2000、WindowsXP和WindowsVista的操作系统。数据采集软件在采集水声数据时调用A/D数据采集板驱动程序中的接口函数设定采集板的工作方式、采样时钟及电平触发方式申请缓冲区队列启动数据采集板处理并记录采集数据采集完成停止数据采集卡并释放系统资源。数据采集软件的采集流程(图略)示。A/D数据采集板的数据处理采用循环缓冲区队列和消息驱动的方式开始采集水声数据之前需要在主控计算机内存中申请一个缓冲区队列并注册Windows消息循环缓冲区队列如。数据采集开始之后采集板驱动程序从缓冲区队列头部获取一个缓冲区并向里写入数据在缓冲区填满之后向窗口程序发送Windows消息用户在接收到消息之后调用采集板接口函数获得满的缓冲区指针并读取数据之后把该缓冲区再放入缓冲区队列尾部如此循环往复实现数据循环缓冲处理。缓冲区的大小和个数与数据采集板的采样频率有关。采集软件可以实时显示两个通道信号的时域波形还可以对这两个通道的信号进行频谱分析。数据采集软件将采集到的水声数据以二进制文件的形式保存在主控计算机上供水声数据分析和显示软件进行进一步处理和分析。水声数据分析与显示软件水声数据分析与显示软件的功能是利用阵列信号处理的算法对水听器阵列采集到的信号进行分析和处理获取水下目标方位的信息水声数据分析与显示软件主要包括两个部分:水声数据分析模块和水声数据显示模块。在启动软件后首先要选择水声数据文件并设置文件的采样率和采样精度然后设置分析频率的带宽和阵列形式。在开始分析水声数据后软件将调用阵列信号处理的算法计算得到水下目标的方位谱最后以方位能量图和BTR图的形式动态的显示水下目标方位的信息。消声水池实验2010年5月在消声水池进行了实验实验的主要目的是测试水声数据采集和分析软件。实验中采用十二元圆环形基阵圆环基阵半径为0.5m水池实验系统框图如图8所示。发射信号由信号发生器产生经过功率放大器后送至发射换能器发射信号。接收端12路水听器与滤波放大器相连之后经过数据采集卡再连接到主控计算机上。十二元圆环形水听器阵列和发射换能器均放在水深3m处。水声数据采集软件和水声数据分析与显示软件均运行在主控计算机上控制数据采集卡的工作对采集到的水声数据进行处理和分析。实验时选择CW脉冲信号频率为3kHz水声数据采样率为25kHz滤波器带宽为100Hz~5kHz每个水声数据文件的时间长度为30s。选择水池实验时采集到的水声数据文件(见图9)利用分析软件进行分析(见图10)可以看到声源在170°左右的位置(相对于水声器阵列的0°位置)与实验中记录的声源位置相符说明水声数据采集与分析软件工作正常。总结本文基于数据采集硬件平台开发了水声数据采集与分析软件。利用该软件可以采集水声实验中水听器阵列数据分析获得水下目标方位的信息并在消声水池实验中对软件进行了测试。水声数据采集与分析软件操作简单、交互性强可以广泛应用于各类水声实验之中。