CN111556129A - 一种高性能多波束数据采集***及方法 - Google Patents

一种高性能多波束数据采集***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能多波束数据采集***，包含参数配置模块、采集程序控制模块、数据采集模块和数据预处理模块共4个工作模块；高性能多波束数据采集方法包含以下步骤：1.参数文件的配置，配置多波束声呐的数据参数和运行状态参数；2.数据采集模块的启动，当多波束数据采集软件下发启动指令，数据采集模块会接受这条指令并开始进行多波束数据的接收；3.多波束声呐数据和传感器数据的接收；4.多波束声呐数据和传感器数据的预处理。本发明能够全面且准确的设置多波束声呐的运行参数，可以保证网络通信指令的稳定下发和接收，可以通过设置参数改变多波束的运行状态，还可以灵活的改变其中多波束运行过程的各种参数。

Description

一种高性能多波束数据采集***及方法
【技术领域】
本发明涉及一种高性能多波束数据采集***及方法，属于海洋测绘技术领域。
【背景技术】
随着科技的进步与发展，测量技术在不断地进步，海洋测绘也是如此。多波束在海洋测绘中应用广泛，并且具有较高的分辨率和全覆盖、高效率等优势，使其在航道维护、工程施工、水下目标探测等方面得以广泛应用。多波束***是在回声测深仪的基础上发展起来的，多波束测深***一次能够给出几十个甚至上百个深度，一次测线即可获得一条一定宽度的全覆盖水深条带，所以它能够精确快速地测出沿航向一定宽度水下目标的大小、形状、和高低变化，从而比较可靠的描绘出海底地形地貌。目前的多波束数据采集软件在多波束研发过程中，开发效率低，研发成本高，架构存在着一些设计不合理的情况，数据的收发存在丢包等情况，因此性能优劣不等。在一定程度上阻碍了多波束行业的发展。为了配合多波束的迅速发展，一种高性能的多波束数据采集软件***及设计方法成为了迫切的需求。
【发明内容】
本发明的目的在于，为了克服现有技术中存在的不足，提供了一种高性能多波束数据采集***及方法，便于对鱼类目标在水下进行目标信息的采集，针对环境要求较高的鱼类提供了一种生物远程监测手段，提高实验检测效率和精度。
为了解决背景技术所存在的问题，本发明的一种高性能多波束数据采集***及方法，包含参数配置模块、采集程序控制模块、数据采集模块和数据预处理模块共4个工作模块；
所述的参数配置模块用以通过设置多波束数据采集软件***的参数来改变多波束声呐的运行状态，以满足实际工程中的用户需求；
所述的采集程序控制模块用以通过用户界面改变多波束采集软件***的固有参数，然后通过网络通信完成参数改变后的命令下发，从而改变多波束声呐的运行状态，同时控制数据采集模块的开启和停止；
所述的数据采集模块用以通过多线程接收数据并使用乒乓机制缓存数据，收取的两部分数据分别为多波束声呐数据和传感器数据；
所述的数据预处理模块用以解析多波束声呐数据和传感器数据，对解析后的数据用时间戳对两者数据进行时间匹配，为数据后续处理提供良好的基础数据，从而完成高效的数据预处理。
所述的数据采集模块通过以太网进行通信连接，通过接收多波束数据采集***生成的命令实现多波束声呐数据的接收和传感器数据的接收。
进一步的，所述的参数配置模块在多波束声呐启动时会配置接收主机的IP地址以及端口号、同步模式、工作周期、探测范围、采集板的中心频率、采集板的增益参数；并将同步模式、探测范围、工作频率这些指令下发给多波束声呐的采集板，完成对多波束声呐的初始化配置。
进一步的，所述的采集程序控制模块用户能够进行开始和结束的控制、改变采集板的中心频率以及增益参数，检查采集板任意通道的数据接收情况。
进一步的，所述的多波束声呐数据包括：时间戳、帧序号、包序号、UTC时间和测深点数据；传感器数据包括：时间戳、横摇、纵摇、艏摇、表面声速和地理经纬度坐标。
进一步的，所述的数据预处理模块4能够进行查看多波束声呐任意一ping解析完成后的数据，并查看其匹配的传感器数据，从而完成对数据的实时监控。
应用上述的高性能多波束探测器数据采集***，本发明还涉及一种高性能多波束探测器数据采集方法，包含以下具体步骤：
步骤1：参数文件的配置，配置多波束声呐的数据参数和运行状态参数，通过读取的参数形成传输的指令，依次通过网络通信将指令下发给多波束声呐；
步骤2：数据采集模块的启动，当多波束数据采集软件下发启动指令，数据采集模块会接受这条指令并开始进行多波束数据的接收；
步骤3：多波束声呐数据和传感器数据的接收，将接收到的数据置于堆区开辟的缓存中，每当缓存大小到达一定容量，将多波束声呐数据输出到硬盘；
步骤5：多波束声呐数据和传感器数据的预处理，通过对比多波束声呐数据中的时间戳信息和传感器数据中的时间戳信息，将其实现高性能的匹配。
进一步的，所述的步骤1参数文件配置的过程中，首先读取配置文件中的信息，其中配置文件中包含接收机IP和端口号、同步模式、工作周期、最小探测距离、最大探测距离、初始采集板工作频率、初始的采集板增益参数可以获得接收机的IP地址以及端口号，与采集板建立连接后下发同步模式的指令，该同步模式的指令是在配置文件中读取的，此时若为外同步，则等待外部信号的接入给与一个工作周期的指令，若为内同步的模式，则下发总配置文件中读取的工作周期指令；之后下发最小探测距离和最大探测距离指令，之后在发送采集板中心频率指令和采集板增益参数指令。
进一步的，所述的步骤3首先新开辟一个线程进行数据采集软件接收声呐数据，将接收到的声呐数据线存入缓存区，如果缓存区的缓存存满，则将缓存内的数据存入硬盘，否则继续往缓存区里存放数据，再开辟一个新线程对接收到的数据进行后处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够全面且准确的设置多波束声呐的运行参数，并且通过TCP/IP协议的方式进行网络通信的连接，可以保证网络通信指令的稳定下发和接收，并且多波束声呐参数的配置顺序更加合理，可以通过设置参数改变多波束的运行状态，还可以灵活的改变其中多波束运行过程的各种参数。可以稳定且高效的启动多波束声呐，可靠性高。采用UDP协议通信的方式可以高速的进行接收声呐数据和传感器数据，可以给多波束数据处理软件提供规范且可靠的数据，可以提供可靠性高的相对应的多波束声呐数据和传感器数据，使得后续的多波束总改正中使用的参数稳定正确，并且其中多波束数据分通道存储，使得测深数据条理清晰，所对应的传感器数据包含的数据量涵盖用的参数，并且提供多种改正模型的改正参数，并且每一条数据都有相应的时间，通道数，PING号等各种数据，使得数据包全面且可靠易管理。
【附图说明】
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的工作流程图。
图3为本发明的步骤1的具体工作流程图。
图4为本发明的步骤3的具体工作流程图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1至图4，本发明涉及一种高性能多波束探测器数据采集***，包含参数配置模块、采集程序控制模块、数据采集模块和数据预处理模块共4个工作模块；
所述的参数配置模块1用以通过设置多波束数据采集软件***的参数来改变多波束声呐的运行状态，以满足实际工程中的用户需求；
所述的采集程序控制模块2用以通过用户界面改变多波束采集软件***的固有参数，然后通过网络通信完成参数改变后的命令下发，从而改变多波束声呐的运行状态，同时控制数据采集模块的开启和停止；
所述的数据采集模块3用以通过多线程接收数据并使用乒乓机制缓存数据，收取的两部分数据分别为多波束声呐数据和传感器数据；
所述的数据预处理模块4用以解析多波束声呐数据和传感器数据，对解析后的数据用时间戳对两者数据进行时间匹配，为数据后续处理提供良好的基础数据，从而完成高效的数据预处理。
所述的数据采集模块3通过以太网进行通信连接，通过接收多波束数据采集***生成的命令实现多波束声呐数据的接收和传感器数据的接收。
进一步的，所述的参数配置模块1在多波束声呐启动时会配置接收主机的IP地址以及端口号、同步模式、工作周期、探测范围、采集板的中心频率、采集板的增益参数；并将同步模式、探测范围、工作频率这些指令下发给多波束声呐的采集板，完成对多波束声呐的初始化配置。
进一步的，所述的采集程序控制模块2用户能够进行开始和结束的控制、改变采集板的中心频率以及增益参数，检查采集板任意通道的数据接收情况。
进一步的，所述的数据采集模块3进行多波束声呐数据和传感器数据的接收，经过实验可得，数据采集速率大约为7.2M/s，首先开辟一个较大的缓冲区，并采用多线程通过乒乓机制将数据存入，同时另外开辟一个线程，对缓冲区内的数据进行预处理，将网络通信传输获取得到的多波束声呐数据和传感器数据解析并将其按照一定结构存入缓冲区中，由于多波束声呐数据和传感器数据里存在时间戳信息，将时间戳进行匹配，从而获得最佳的多波束数据。
进一步的，所述的多波束声呐数据包括：时间戳、帧序号、包序号、UTC时间和测深点数据；传感器数据包括：时间戳、横摇、纵摇、艏摇、表面声速和地理经纬度坐标。
进一步的，所述的数据预处理模块4能够进行查看多波束声呐任意一ping解析完成后的数据，并查看其匹配的传感器数据，从而完成对数据的实时监控。
应用上述的高性能多波束探测器数据采集***，本发明还涉及一种高性能多波束探测器数据采集方法，包含以下具体步骤：
步骤1：参数文件的配置，配置多波束声呐的数据参数和运行状态参数，通过读取的参数形成传输的指令，依次通过网络通信将指令下发给多波束声呐；
步骤2：数据采集模块的启动，当多波束数据采集软件下发启动指令，数据采集模块会接受这条指令并开始进行多波束数据的接收；
步骤3：多波束声呐数据和传感器数据的接收，将接收到的数据置于堆区开辟的缓存中，每当缓存大小到达一定容量，将多波束声呐数据输出到硬盘；
步骤5：多波束声呐数据和传感器数据的预处理，通过对比多波束声呐数据中的时间戳信息和传感器数据中的时间戳信息，将其实现高性能的匹配。
进一步的，所述的步骤1参数文件配置的过程中，首先读取配置文件中的信息，其中配置文件中包含接收机IP和端口号、同步模式、工作周期、最小探测距离、最大探测距离、初始采集板工作频率、初始的采集板增益参数可以获得接收机的IP地址以及端口号，与采集板建立连接后下发同步模式的指令，该同步模式的指令是在配置文件中读取的，此时若为外同步，则等待外部信号的接入给与一个工作周期的指令，若为内同步的模式，则下发总配置文件中读取的工作周期指令；之后下发最小探测距离和最大探测距离指令，之后在发送采集板中心频率指令和采集板增益参数指令。
进一步的，所述的步骤3：首先新开辟一个线程进行数据采集软件接收声呐数据，将接收到的声呐数据线存入缓存区，如果缓存区的缓存存满，则将缓存内的数据存入硬盘，否则继续往缓存区里存放数据，再开辟一个新线程对接收到的数据进行后处理。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高性能多波束数据采集***，其特征在于，包含参数配置模块、采集程序控制模块、数据采集模块和数据预处理模块共4个工作模块；
所述的参数配置模块用以通过设置多波束数据采集软件***的参数来改变多波束声呐的运行状态，以满足实际工程中的用户需求；
所述的采集程序控制模块用以通过用户界面改变多波束采集软件***的固有参数，然后通过网络通信完成参数改变后的命令下发，从而改变多波束声呐的运行状态，同时控制数据采集模块的开启和停止；
所述的数据采集模块用以通过多线程接收数据并使用乒乓机制缓存数据，收取的两部分数据分别为多波束声呐数据和传感器数据；
所述的数据预处理模块用以解析多波束声呐数据和传感器数据，对解析后的数据用时间戳对两者数据进行时间匹配；
所述的数据采集模块通过以太网进行通信连接，通过接收多波束数据采集***生成的命令实现多波束声呐数据的接收和传感器数据的接收。
2.根据权利要求1所述的一种高性能多波束数据采集***，其特征在于，所述的参数配置模块在多波束声呐启动时会配置接收主机的IP地址以及端口号、同步模式、工作周期、探测范围、采集板的中心频率、采集板的增益参数；并将同步模式、探测范围、工作频率这些指令下发给多波束声呐的采集板，完成对多波束声呐的初始化配置。
3.根据权利要求1所述的一种高性能多波束数据采集***，其特征在于，所述的采集程序控制模块用户能够进行开始和结束的控制、改变采集板的中心频率以及增益参数，检查采集板任意通道的数据接收情况。
4.根据权利要求1所述的一种高性能多波束数据采集***，其特征在于，所述的多波束声呐数据包括：时间戳、帧序号、包序号、UTC时间和测深点数据；传感器数据包括：时间戳、横摇、纵摇、艏摇、表面声速和地理经纬度坐标。
5.根据权利要求1所述的一种高性能多波束数据采集***，其特征在于，所述的数据预处理模块4能够进行查看多波束声呐任意一ping解析完成后的数据，并查看其匹配的传感器数据，从而完成对数据的实时监控。
6.一种高性能多波束数据采集方法，其特征在于，包含以下具体步骤：
步骤1：参数文件的配置，配置多波束声呐的数据参数和运行状态参数，通过读取的参数形成传输的指令，依次通过网络通信将指令下发给多波束声呐；
步骤2：数据采集模块的启动，当多波束数据采集软件下发启动指令，数据采集模块会接受这条指令并开始进行多波束数据的接收；
步骤3：多波束声呐数据和传感器数据的接收，将接收到的数据置于堆区开辟的缓存中，每当缓存大小到达一定容量，将多波束声呐数据输出到硬盘；
步骤5：多波束声呐数据和传感器数据的预处理，通过对比多波束声呐数据中的时间戳信息和传感器数据中的时间戳信息，将其实现高性能的匹配。
7.根据权利要求7所述的一种高性能多波束数据采集***，其特征在于，所述的步骤1参数文件配置的过程中，首先读取配置文件中的信息，其中配置文件中包含接收机IP和端口号、同步模式、工作周期、最小探测距离、最大探测距离、初始采集板工作频率、初始的采集板增益参数可以获得接收机的IP地址以及端口号，与采集板建立连接后下发同步模式的指令，该同步模式的指令是在配置文件中读取的，此时若为外同步，则等待外部信号的接入给与一个工作周期的指令，若为内同步的模式，则下发总配置文件中读取的工作周期指令；之后下发最小探测距离和最大探测距离指令，之后在发送采集板中心频率指令和采集板增益参数指令。
8.根据权利要求7所述的一种高性能多波束数据采集***，其特征在于，所述的步骤3首先新开辟一个线程进行数据采集软件接收声呐数据，将接收到的声呐数据线存入缓存区，如果缓存区的缓存存满，则将缓存内的数据存入硬盘，否则继续往缓存区里存放数据，再开辟一个新线程对接收到的数据进行后处理。
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