专利名称：一种基于usb的三维数字式鱼探仪系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种鱼探仪系统，特别涉及一种基于USB的鱼群、海藻等信息高效获取，三维地形生成以及数据库管理功能的三维数字式探鱼仪系统。
背景技术：
众所周知，鱼探仪是向水中发射超音波脉冲信号接受回波而探知鱼群的仪器。最新的鱼探仪，除表示水中的回波信号外，同时输入GPS所定的位置信息，将船舶的位置表示在带有水深、海岸线等数据的电子海图上。但这些信息只被表示在不同的画面上，没有合理地结合起来，因此没能得到充分有效的利用。虽然国外已有把GPS的位置信息和回波信号结合起来分析鱼探仪水中回波的产品，譬如澳大利亚的声纳数据公司的Echogram和加拿大Quester公司的QtcView。Echogram 只适用于特定少数的计量鱼探仪，而QtcView还局限于后处理，这些软件主要为研究人员使用而设计。迄今，要对水中的鱼群、海藻类等回波进行数字分析，既需要计量鱼探仪又需要分析软件，而它们都非常昂贵，所以很难得以简便地实现。
发明内容
针对上述问题，本发明的主要目的在于提供一种通过从回波中提取海底、海草和鱼群等信息，不但可制作用户自己的三维地形，而且可在海底地形上实时三维直观地表示海草和鱼群等的回波。为海洋资源的开发，海洋环境的调查，提供简便实用高性能的基于 USB的三维数字式鱼探仪系统。本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的一种基于USB的三维数字式鱼探仪系统，所述系统包括水声换能器，所述水声换能器上连接有回声探测仪，所述回声探测仪上连接有USB数模转换器，将所述USB数模转换器转换后的信号输入存储控制器，存储控制器上连接有GPS接收机。所述系统的工作流程如下第一步将鱼探仪的水声换能器至于水下，GPS接收机的天线架在船上，打开开关，当渔船作业时，系统以主动方式工作，接受超声波回波数据和GPS数据；第二步将回声探测仪探测到的回波数据通过USB数模转换器，进行模/数信号转换，显示回波信号，并将数字信号存储在存储控制器中，以便进一步处理；第三步读取GPS数据，显示船舶位置等信息；第四步通过软件模块，实现处理超声回波数据和GPS数据，并将二者相结合，制作显示三维水下信息，并且从回波信号中提分离水下地形和鱼群等生物资源，分别显示，以及制作三维地形数据库等功能。在本发明的具体实施例子中，所述软件模块中的工作过程如下(1).初始化，USB数摸转换板接口初始化，GPS数据接收接口初始化，用户界面初始化等；
(2).启动主线程，即图形化用户接口线程，用户可以操作其感兴趣的选项，如三维视图显示、二维视图显示、多窗口显示、增益调节、当前位置查询等；(3).启用子线程1和线程2，线程1监控A/D转换数据的到来，当数据到达时，就将其送到主线程，让主线程处理显示及记录；线程2用于监控GPS数据流；(4).程序结束退出。在本发明的具体实施例子中，所述感兴趣的选项包括三维视图显示、二维视图显示、多窗口显示、增益调节、当前位置查询。在本发明的具体实施例子中，所述GPS接收机的天线架在船舷或甲板上。在本发明的具体实施例子中，所述USB数模转换器包括一个模/数控制器和一个包含CPU的USB2控制器。本发明的积极进步效果在于本发明提供的基于USB的三维数字式鱼探仪系统充分利用现在广泛使用的模拟鱼探仪和笔记本电脑，将水中的回波信息和GPS的位置信息合理地结合起来，开发高性能实用的基于USB的三维数字式鱼探仪系统。通过从回波中提取海底，海草和鱼群等信息，不但可制作用户自己的三维地形，而且可在海底地形上实时三维直观地表示海草和鱼群的回波。为海洋资源的开发，海洋环境的调查，提供简便实用高性能的计测工具。
图1为本发明的整个系统的硬件电路框图。图2为本发明的USB模数转换器的组成结构示意图。图3为本发明的整个系统的软硬件组成结构示意图。图4为本发明的软件系统结构框图。图5为本发明的系统通过USB采集模/数数据工作流程图。图6为本发明的回波数据帘状显示示意图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。图1为本发明的整个系统的硬件电路框图，本发明的硬件系统包括水声换能器1， 水声换能器1上连接有回声探测仪2，回声探测仪2上连接有USB数模转换器3，将USB数模转换器3转换后的信号输入存储控制器4，存储控制器4上连接有GPS接收机5。本系统的工作流程如下第一步将鱼探仪的水声换能器至于水下，GPS天线架在船舷或甲板无遮挡地方， 打开开关，当渔船作业时，系统以主动方式工作，接受超声波回波数据，和GPS数据；第二步将回波数据通过高速USB模/数转换板，进行模/数信号转换，显示回波信号，并将数字信号存储在电脑硬盘中，以便进一步处理；第三步读取GPS数据，显示船舶位置等信息；第四步通过软件模块，实现处理超声回波数据和GPS数据，并将二者相结合，制作显示三维水下信息，并且从回波信号中提分离水下地形和鱼群等生物资源，分别显示，以及制作三维地形数据库等功能。图2为本发明的USB模数转换器的组成结构示意图，为了实现廉价小型高速，我们将元件个数减少到最小程度，数模转换板只包含了一个模/数控制器32，和一个包含CPU的 USB2控制器31，如图2所示，电源由USB连接器提供，而转换板的存储器部分通过计算机软件模块来代替，通过独自开发USB固件和驱动器，实现高速模数转换和转换后的数据传送。软件系统构成由于数模转换板上没有内存储存数据，A/D转换数据需要立即转移到存储控制器中供显控程序使用处理。显控程序需要一直等待A/D转换数据的到来，而一般的图形化用户界面(GUDwindows应用程序只用一个线程来管理，如果该线程用于等待A/D转换数据，那么将会造成⑶I信息堵塞，在A/D转换数据到来之前，用户对⑶I进行任何操作都不会有反应，给用户造成程序崩溃的假象，影响程序的应用。为了使数据的处理和用户操作能够同时顺利的进行，三维鱼探仪显控软件使用多线程的方式来管理，一个主线程，一个USB数模转换数据读取线程(线程1)以及一个GPS 数据读取线程(线程2)。当USB接口与A/D转换板连接时，线程1就开始监控A/D转换数据的到来，当数据到达时，就将其送到主线程，让主线程处理显示及记录。而GPS数据的读取也采用单独开发的线程来控制，这样可以降低位置数据的延迟，提高位置信息的精度。图3为本发明的整个系统的软硬件组成结构示意图，图4为本发明的软件系统结构框图，其工作流程如下1.初始化，USB数摸转换板接口初始化，GPS数据接收接口初始化，用户界面初始化等；2.启动主线程，即图形化用户接口线程，用户可以操作其感兴趣的选项，如三维视图显示、二维视图显示、多窗口显示、增益调节、当前位置查询等；3.启用子线程1和线程2，线程1监控A/D转换数据的到来，当数据到达时，就将其送到主线程，让主线程处理显示及记录；线程2用于监控GPS数据流；4.程序结束退出。图5为本发明的系统通过USB采集模/数数据工作流程图。⑶I图象化用户界面程序功能包括1、二维海象与三维海底图象显示切换通过二维/三维图象显示切换来满足不同的航海航行、渔业捕捞等目的的方法。2、软件调节回波信号增益的方法3、多窗口同时显示不同增益下的回波图象通过不同的窗口同时显示不同增益下的回波图象，区分判断不同的探测目标的方法。4、海底回波信号判别根据回波信号的性质来区分判断海底的方法，以确定正确的水下深度的方法。5、实时高速显示回波信号如图6所示，采用帘状实时显示回波信号，使每次发射返回的回波在垂直方向上实时显示探测目标的方法。6、帘状回波信号与GPS位置显示结合帘状回波信号实时结合GPS位置信息以显示水下三维环境的方法。
7、数据库功能回波数据、GPS位置数据，渔获量数据以及其他一切用户感兴趣的信息使用数据库记录、以及查询、界面提示、显示的方法。通过实装美国海军Sabol和Johnston分离海底与海藻等水中植物的算法表明，该算法在水中植物分布稠密时分离效果不理想。本发明将通过高速采样，数字检波，利用脉冲宽度、海底回波信号强度分布、水中植物回波强度分布和水中植物的高度等特征抽出海底， 鱼群、海藻信息。地形的三维表示一般用三角形网格表示，三角形的数量随边长的平方级增长，如何在小失真条件下，高速表示地形数据至关重要。本发明开发的三维高速表示的算法，地形起伏大的部分对三角形进行细分确保真实性，而地形起伏小的部分，用低详细度，以减少三角形的数量，实现了高速实时显示。多窗口显示不同增益下的回波信号，便于分析探测目标，并且可以显示航迹线。海藻等信息三维显示，采用回波帘的显示方式将海藻等水中目标显示在三维地形上，能够快速实时地显示三维观测图像。以上显示和描述的是本发明的基本原理、主要特征和本发明的主要优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进， 这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
权利要求
1.一种基于USB的三维数字式鱼探仪系统，其特征在于所述系统包括水声换能器 (1)，所述水声换能器(1)上连接有回声探测仪O)，所述回声探测仪( 上连接有USB数模转换器(3)，将所述USB数模转换器C3)转换后的信号输入存储控制器G)，存储控制器 ⑷上连接有GPS接收机(5)。
2.根据权利要求1所述的基于USB的三维数字式鱼探仪系统，其特征在于所述系统的工作流程如下第一步将鱼探仪的水声换能器(1)至于水下，GPS接收机(5)的天线架在船上，打开开关，当渔船作业时，系统以主动方式工作，接受超声波回波数据和GPS数据；第二步将回声探测仪( 探测到的回波数据通过USB数模转换器(3)，进行模/数信号转换，显示回波信号，并将数字信号存储在存储控制器(4)中，以便进一步处理；第三步读取GPS数据，显示船舶位置等信息；第四步通过软件模块，实现处理超声回波数据和GPS数据，并将二者相结合，制作显示三维水下信息，并且从回波信号中提分离水下地形和鱼群等生物资源，分别显示，以及制作三维地形数据库等功能。
3.根据权利要求2所述的基于USB的三维数字式鱼探仪系统，其特征在于所述软件模块中的工作过程如下(1).初始化，USB数摸转换板接口初始化，GPS数据接收接口初始化，用户界面初始化等；(2).启动主线程，即图形化用户接口线程，用户可以操作其感兴趣的选项，如三维视图显示、二维视图显示、多窗口显示、增益调节、当前位置查询等；(3).启用子线程1和线程2，线程1监控A/D转换数据的到来，当数据到达时，就将其送到主线程，让主线程处理显示及记录；线程2用于监控GPS数据流；(4).程序结束退出。
4.根据权利要求3所述的基于USB的三维数字式鱼探仪系统，其特征在于所述感兴趣的选项包括三维视图显示、二维视图显示、多窗口显示、增益调节、当前位置查询。
5.根据权利要求1或2所述的基于USB的三维数字式鱼探仪系统，其特征在于所述 GPS接收机(5)的天线架在船舷或甲板上。
6.根据权利要求1或2所述的基于USB的三维数字式鱼探仪系统，其特征在于所述 USB数模转换器( 包括一个模/数控制器(3 和一个包含CPU的USB2控制器(31)。
全文摘要
本发明涉及一种基于USB的三维数字式鱼探仪系统，包括水声换能器，所述水声换能器上连接有回声探测仪，所述回声探测仪上连接有USB数模转换器，将所述USB数模转换器转换后的信号输入存储控制器，存储控制器上连接有GPS接收机。本发明通过开发廉价高速的超小型USB基板，充分利用现在广泛使用的模拟鱼探仪和笔记本电脑，将水中的回波信息和GPS的位置信息合理地结合起来，开发高性能实用的新型三维数字式鱼探仪系统。通过从回波中提取海底、海草和鱼群等信息，不但可制作用户自己的三维地形，而且可在海底地形上实时三维直观地表示海草和鱼群的回波，为海洋资源的开发，海洋环境的调查，提供简便实用高性能的计测工具。
文档编号A01K79/00GK102183767SQ20111005810
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者沈蔚, 童剑锋, 韩军, 高峰 申请人:上海海洋大学