m2+n2)dV(巧C))，其中，ffpos为回波信 号中必频率，d为阵元间隔，r为距离，c为水中声速，用WL,代替抓也》。其中，被i。典表达式 为：
本发明在对Ξ维声纳回波数据进行并行处理时发现，Ξ维声纳的方位角和俯仰角是相 互独立的，而且常规频域波束形成表达式与二维快速傅里叶变换具有相同的样式，所W对 权重系数为的频域信号作二维快速傅里叶变换表达式为：
通过对比表达式（1)和表达式(3)可W获得，k频率与α，β之间的对应关系。另外，考虑 到曰和0是相互独立的，即方位角和俯仰角可W共用同一个频率因子补偿表，所W只需计算 其中一组对应关系即可，计算α和1之间的对应关系表达式为：
通过观察(4)式可知，在进行波束形成之前，可W事先将Ξ维声纳方位角和俯仰角对应 的频率存储为频率因子表，进而减少运算量。
[0020] 对阵元数为Μ*Ν的Ξ维成像声纳数据进行分级波束形成处理时，为了避免在波束 开角范围内进行波束形成过程中出现栅瓣，此时，接收平面阵布阵间隔需满足：
其中，?ηκ;和分别为方位角的最大开角和俯仰角的最大开角。
[0021] 本实施例使用多核DSP对Ξ维成像声纳数据进行并行波束形成处理时采用的是正 方形平面阵(但不局限于正方形平面阵），假设该平面阵阵元数为N*N(即令M=N)。将该平面 阵分成N2*N1个一级子阵，每个一级子阵中包含的阵元数为N3*N4，其中N1=N2，N3=M;-个 二级子阵中包含的虚拟阵元数为N2*N1，其中N1=N2。对Ξ维成像声纳数据进行本发明采用 的波束形成运算处理最终生成的波束个数为P*Q，其中P=Q。设定本实施例并行波束形成运 算方法中一级波束形成中的方位角与俯仰角满足的方向矢量：
其中，1 < pi < P1，1 < ql < Q1且Pl= Q1，每个一级子阵进行波束形成之后的波束数为P* Q维，和;，表示每个一级子阵的任意波束方向的方位角和俯仰角，该角度宽度分别 满足
[0022] 根据前文描述，参考图1、图2、图3,本实施例的并行波束形成方法具体包括W下步 骤： 1) 接收Ξ维声纳回波数据； 2) 对上述1)中的回波数据作FFT运算得到阵元域信号； 3) 将上述2)中的阵元域信号分成Ν2*Ν1个一级子阵，每个一级子阵中包含的阵元数为 Ν3*Ν4,每个一级子阵中的第号阵元对应的坐标位置为?巧巧，所W每个一级 子阵的频域波束形成表达式为：
其中，
Ν1=Ν2，Ν3=Ν4。另外，需要判断上述2)中 的阵元域信号是否满足近场条件Distance ^L2A，若满足，需用上述表达式(2)代替表达上 述(8)式中XV。，然后执行下述步骤4)的操作;否则，直接进行下述步骤4)的操作。
[0023] 4)根据二维快速傅里叶变换的表达式(3)式和表达式(4)式中频率，与方位角及俯 仰角之间存在的对应关系，通过上述步骤3)中的Γρ?和:·Τ>获取方位角和俯仰角分别对应 的频率因子/>1和/gi，考虑到两者的相互独立性，在多核DSP中只需将其中一组频率因子 存储成相移补偿因子表1，让两者共用同一个相移补偿因子表1即可，运样可W减少波束形 成过程中的运算量，其中相移补偿因子表1可通过2；^/公式预先生成并存储在多核 DSP处理器1和多核DSP处理器2的内存中； 5) 对上述步骤3)中得到的信号进行列数据FFT处理； 6) 对上述步骤3)中得到的信号进行行数据FFT处理； 7) 对上述步骤5)和步骤6)中得到的N2*N1个P1*Q1维一级子阵波束形成的结果进行抽 取并重新组包处理，即从每个一级子阵中的波束形成结果中抽取一个波束，经抽取之后形 成N2*N1个虚拟阵元信号，且虚拟阵元间隔为，其中N2=N1，然后对该虚拟阵元作二级波束形 成。二级波束形成表达式为：
[0024] 根据二维快速傅里叶变换的（3)式和(4)式中频率，与方位角及俯仰角之间存在的 对应关系，通过(9)式中的爸,:和師获取方位角和俯仰角分别对应的频率因子龙f和/g， 考虑到两者的相互独立性，在多核DSP中只需将其中一组频率因子存储成相移补偿因子表 2,让两者共用同一个相移补偿因子表2即可，运样可W减少波束形成过程中的运算量，其中 相移补偿因子表2可通过公式预先生成并存储在多核DSP处理器1和多核DSP处理 器2的内存中，同时需将方位向和俯仰向的角度宽度改为
然后根据频率与角度之间的对应关系求出相移补偿因子表2,其中P=Q; 8) 对上述步骤7)中N2*N1个虚拟阵元信号进行列数据FFT处理，其中N2=N1; 9) 对上述步骤7)中N2*N1个虚拟阵元信号进行行数据FFT处理，其中N2=N1; 10) 对上述步骤8)和步骤9)中得到的二级波束形成结果进行取模处理； 11) 对上述步骤10)中的结果作峰值滤波处理最终得到P*Q维波束输出结果，其中P=Q。
[0025] 另外，本发明的方法可W在多核DSP上实现并行处理，根据本发明提出的Ξ维成像 声纳数据并行处理方法所设计的多核并行处理的硬件系统如图4所示，本实施例数据处理 系统包括:FPGA采集控制单元、多核DSP处理器1和多核DSP处理器2、电源模块、网络交换机、 链接器接口，W及定时器、外部存储器、串口及调试接口等。FPGA采集控制单元中的FPGA忍 片选取LATTICE系列的LFE3-35EA-FN484忍片，该单元主要实现Ξ种功能，一是采集、传输Ξ 维成像声纳距离向的原始数据，二是接收多核DSP处理器1和多核DSP处理器2的控制命令参 数，Ξ是控制系统每个模块的电源上电顺序，为多核DSP处理器1和多核DSP处理器2提供对 应的核电压。此外，FPGA在采集原始数据过程中，需对原始信号进行带通放大滤波处理，其 中带通滤波忍片选择AD8656，运放忍片选择AD7276和AD5450。
[0026] 电源模块为整个系统提供所需的电源。
[0027] 链接器接口，用于实现多核DSP处理器1和多核DSP处理器2之间的数据交互。
[0028] 根据需要处理的数据量的大小，可W选择系统中多核DSP处理器的数量，本实施例 中采用了多核DSP处理器1和多核处理器2两个多核DSP处理器。多核DSP处理器1和多核DSP 处理器2,用于向FPGA采集控制单元发送控制命令参数，接收所述FPGA采集控制单元输出 的所述原始数据并对该原始数据进行并行波束形成运算处理，通过网络交换机接收PC机的 命令参数并将成像数据上传至PC机，通过定时器获取当前成像数据上传至PC机的时间，通 过加载FLASH实现程序的读写。
[0029] 为了获取本发明所述系统所处的水下Ξ维空间的姿态信息W及溫度参数，本实施 例系统好设置了姿态传感器和溫度传感器。该溫度传感器接收该DSP多核处理器的控制命 令参数，用于获取所述系统的当前溫度参数并输送至所述的DSP多核处理器。该姿态传感器 接收该DSP多核处理器的控制命令参数，用于获取所述系统在水下Ξ维空间的当前姿态信 息并发送至所述的DSP多核处理器。运种结构下，由多核DSP处理器1向溫度传感器发送控制 命令参数并接收溫度传感器的溫度参数，由多核DSP处理器2向姿态传感器发送控制命令参 数并接收姿态传感器的姿态参数，通过网络交换机接收PC机的命令参数并将成像数据上传 至PC机，通过定时器获取当前成像数据上传至PC机的时间，通过加载FLA細实现程序的读 写。另外，本实施例中的多核DSP处理器1和多核DSP处理器2之间的共享数据的交互通过链 接器接口实现，多核DSP处理器1和多核DSP处理器2设置的调试接口主要是实现软件的调 试，通用10 口主要实现对DSP当前状态(通过指示灯判别）的检测。
[0030] 网络交换机实现PC机与多核DSP处理器1和多核DSP处理器2之间的命令参数及成 像数据的交互。
[0031] 多核处理器1和多核DSP处理器2的代码的固化及启动通过加载化A細实现。其中， FLASH选择型号为N25Q128A21BSF40F的128M-bit的NOR FLA甜。并行波束形成运算过程中数 据的存储则通过外部存储器DDR3完成。
[0032] 本实施例数据处理系统工作过程如图5所示，其中多核DSP处理器1和多核DSP处理 器2选择TMS320C6678。该款多核DSP具备8个1.25細Z的内核，所W本实施例基于多核DSP的 Ξ维成像声纳数据并行处理方法在多核处理器上的实现包括W下几个步骤： 1) 回波数据通过Rapid I/O交换数据池被均分成两份并分别传至多核DSP处理器1中的 核8和多核处理器2中的核16指定的DDR3内存块中； 2) 多核DSP处理器1和多核DSP处理器2中的核2~核7和核10~核15分别从上述步骤1) 中对应的DDR3存储区获取回波数据，且每个核的