声纳---水下机器人前视声呐多目标跟踪技术研究--16年,哈工程,马珊,博士毕业论文

(1)多目标跟踪硬件系统
       多目标跟踪硬件系统由以下几部分组成:
前视声呐传感器、PC104计算机、电源模块、隔离器、硫化电缆线、网线等。
       其中,前视声呐传感器釆用Tritech公司的型号为SeaKingDST的前视声呐,前视声呐安置在机器人头部,如图5.2所示。
前视声呐通过水密加长的硫化电缆耐压舱中的PC104计算机相连。前视声呐采集到的数据由水密电缆传送给PC104。传感器的开关也由耐压舱内的继电器来控制,电源模块用来给传感器供电,隔离器用来保证信号稳定。
       PC104计算机选用盛博公司的CPU模块板,如图5.2所示。此CPU板上集成有一个网卡模块,通过网线与网络交换机相连。采用TCP/IP协议,用来实现多目标跟踪系统与其它系统,以及与水面声呐监控间的数据交换。另外集成有一个串口模块,采用RS232协议进行串口通信,用于接收通过水密电缆传输来的前视声呐数据。为了提高数据的存储能力,本系统另外装备有一个大容童的移动硬盘。

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多目标跟踪硬件系统结构图
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(2)多目标跟踪软件系统
        多目标跟踪软件系统是基于嵌入式操作系统VxWorks设计的。VxWorks操作系统是一个实时操作系统,可以对外界命令实现实时响应,并且可以进行多任务设计。实际设计过程中,VxWorks采用基于优先级的可抢占式调度,通过设定任务的优先级控制各任务的执行。为了完成声呐数据采集、传输、处理以及多任务间的调度,涉及到的内容主要有TCP/IP网络编程串口通信数字图像处理算法目标跟踪算法等。
        多目标跟踪的软件系统主要由以下几个模块组成:前视声呐数据接收模块声呐图像处理模块、声呐图像特征提取选择与融合模块、数据关联-粒子滤波跟踪模块、目标轨迹管理模块、与主控间数据交换模块、与上层监控间数据交换模块。

多目标跟踪软件系统流程图
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左侧 为多目标跟踪算法,包括声呐数据读取、图像生成、图像处理、跟踪算法、目标轨迹生成几部分。
中间 为数据通信方式,用于声呐与处理器、主控系统和上层监控间的通信。
右部 为与多目标跟踪处理器有关的其他模块。


多目标跟踪软件系统的程序运行中,首先执行初始化任务,将数据参数、网络参数、串口参数等进行初始化。随即启动主任务,从串口读取声呐数据,并通过图像处理和轨迹跟踪处理,得到目标的轨迹信息,并通过网络连接发送至主控系统和声呐上层监控。在跟踪任务完成时,按照先后顺序分别关闭主任务、串口、网络、信号量,最后释放内存。多目标跟踪任务在VxWorks系统下的任务实现如图5.5所示。
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