相控阵声学多普勒计程仪应用程序开发.pdf

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1、2015年第2期声学与电子工程总第118期相控阵声学多普勒计程仪应用程序开发郭冉夏明(第七一五研究所，杭州，310023)摘要介绍了VxWorks操作系统下，相控阵声学多普勒计程仪信号处理应用程序的开发。湖试中，采用高精度的差分GPS作为比对设备，验证了方案的有效性和可行性。关键词相控阵声学多普勒计程仪；VxWorks操作系统：应用程序开发声学多普勒计程仪是利用声学多普勒效应获过FPGA产生相应脉宽的编码信号，通过发射电路取载体(通常为水下运载器)三维运动速度的设备。完成发射。发射结束后，回波信号经过前置

2、预处理、其具有大深度、高精度等优点，是目前国内外水下AD采集、搬移到特定的缓存中。G4处理器将8路航行器常用的导航设备。采用相控技术的声学多普AD信号通过波束形成算法形成四个波束，然后经勒计程仪，可以从原理上消除声速带来的误差，其过复解调、降采样、滑动窗搜底、复相关算法测频四个波束的指向性、波束宽度以及换能器的参数和等一系列步骤得到底跟踪的深度和速度信息。灵敏度也可以保持高度一致，而且，在同样声性能本文以VxWorks嵌入式操作系统为平台进行情况下，采用相控技术还可以减小声呐基阵的尺寸信号处理应用软件的开

3、发。VxWorks是一款用于实和重量。本文介绍了在VxWorks操作系统平台下对时嵌入式系统设计开发的软件，具有实时性强、支相控阵声学多普勒计程仪的信号处理应用软件的开持多任务、体积小、可裁剪等特点。其开发环境发。Tomado为风河公司推出的图形化开发工具，包括调试器CrossWind、命令行界面WindShell、资源查1硬件平台及开发环境简介看器Browser、模拟器Simulator等。在该环境中可本文中应用程序的开发建立在以PowerPCG4编译生成BootRom，创建并配置VxWorks，编辑、

4、编译、下载和调试代码，随时查看目标机的系统资处理器为核心的信号处理硬件平台之上。PowerPC源[。G4采用Motorola公司的MPC7410RISC微处理器，其时钟高达500MHz，并且具有高性能的矢量运算2应用程序框架搭建单元，有利于大批量数据的处理，能够满足系统实时性的要求_JJ。相控阵声学多普勒计程仪应用程序主要包括相控阵声学多普勒计程仪通过主动发射声信接口程序(在本文中以网络通信为例)、控制程序和号并且对采集到的回波信号进行处理，得到底跟踪算法实现程序三部分。接口程序的主要功能是接收的信息，其

5、硬件架构如图1所示。上位机和信号处来自上位机的命令、将信号处理板的运算结果上传理板有三种接口方式可供选择：网络、串口和CAN，到上位机进行显示以及将采集到的原始回波信号上本文以网络通信为例介绍其开发过程。传。控制程序主要是控制发射信号的脉宽、功率；采集回波信号时选择合适的时间增益控制曲线；对采集到的回波信号调用对应的算法实现子函数并且控制相应的工作周期。算法实现程序主要是对接收到的回波信号进行AD采集、波束形成、复解调、降采样滤波、滑动窗搜底和复相关速度解算。任务是VxWorks的核心概念，所有任务的运行

6、、交互过程完成了整个VxWorks系统的功能。因此，应用程序框架搭建时，需要考虑系统需求，确立任务的个数和优先级pJ。创建一个新的Tomado图1系统硬件架构框图工程后系统自动生成一个用户应用程序初始化函信号处理板接收来自上位机的开机命令后，通数，在该函数中可以进行板卡网口IP绑定、系统时34郭冉等：相控阵声学多普勒计程仪应用程序开发钟速率设置等初始化工作，然后程序跳转到用户程果无效就调整到下一档位重新搜索，有效则停留在序接口函数处(用户程序接口函数主要是进行任务当前档。程序的逻辑框图如图2所示。的创建和

7、激活)。系统创建5个优先级不同的任务，开机其优先级设置和主要功能如表1所示。表1系统主要任务跟踪＼N调试任务名称任务优先级任务主要功能令／>——运行根据档位发射不同脉宽的信号，并且将tlmerl19AD采集的回波信号搬移到指定的缓存由根据发射信号的脉宽调用相应的算法dvl12O实现子函数，并且将计算的波束速度转化为横向和纵向速度netrec125接收上位机的命令netsend130将打包后的结果数据上传到上位机}net131将原始回波数据打包上传到上位机VxWorks中多任务共享一个CPU。操作系统的调度

8、算法将CPU时问适当分配给各任务，以使多任／＼1调整务协调运行。系统采用优先级抢占调度算法，即高＼效有／>脉妻宽＼／1搜索级待命状态的任务可以抢占正在运行的低级任务，VL——一IY中断可以抢占任何任务。算法使得高优先级任务和皇获得当前的深度值和底l中断处理可以得到及时响应，以保证系统的实时性。跟踪速度值I根据测得的深度值调整3应用程序开发档位进行搜索3．1接口程序开发图2系统控制流程逻辑框图上位机和信号处理板有三种接口方式可供