低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控應(yīng)用設(shè)計(jì)

傅番魯

(浙江財(cái)經(jīng)大學(xué) 信息管理與工程學(xué)院，杭州 310018)

0 引言

聲吶是利用聲波在水下傳播的特性，經(jīng)由聲電轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)水下探測(cè)，水下通信等功能的一種電子設(shè)備[1]。由于水下這種特殊作業(yè)環(huán)境無(wú)法人工或近距離的操作，因此設(shè)計(jì)出種種聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)聲吶作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)督控制[2]?，F(xiàn)有的聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是利用采集的聲吶圖像，遠(yuǎn)程監(jiān)控聲吶作業(yè)情況，并對(duì)突發(fā)狀況作出及時(shí)應(yīng)對(duì)處理[3]?？萍嫉娘w速發(fā)展促使海洋等水環(huán)境搭建越來(lái)越多的電子設(shè)備，形成復(fù)雜且多的物理場(chǎng)，致使在低空水面進(jìn)行圖像采集的時(shí)，圖像采集精度較低，受干擾較強(qiáng)[4]。傳統(tǒng)的聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法避免這種低空多物理場(chǎng)的干擾，存在監(jiān)控實(shí)時(shí)性差、抗干擾能力弱及監(jiān)控精度低等問(wèn)題[5]。為解決上述問(wèn)題，提出一種低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，該系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性好、抗干擾能力強(qiáng)、監(jiān)控精度高。

1 聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控原理分析

要設(shè)計(jì)低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，需對(duì)聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控原理進(jìn)行分析。聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控原理的本質(zhì)就是通過(guò)聲吶圖像，遠(yuǎn)程監(jiān)控聲吶的變化。以?xún)蓚€(gè)收集圖像的攝像機(jī)為例，對(duì)低空多物理場(chǎng)聲吶圖像從不同位置進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，從兩臺(tái)攝像機(jī)獲取的聲吶圖像中獲取相關(guān)點(diǎn)。根據(jù)標(biāo)定得到攝像機(jī)外部和內(nèi)部的參數(shù)，對(duì)空間中該點(diǎn)的三維坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算[6]。

使用攝像頭進(jìn)行低空多物理場(chǎng)聲吶圖像的提取時(shí)，首先對(duì)圖像進(jìn)行處理，對(duì)其局部和邊緣的特征參數(shù)需要進(jìn)行標(biāo)定。采用攝像機(jī)采集試件受干擾前和受干擾后的圖像，對(duì)采集到的低空多物理場(chǎng)聲吶圖像進(jìn)行分析和匹配，最后計(jì)算出圖像的特征。

2 圖像質(zhì)量檢測(cè)原理分析

所設(shè)計(jì)的低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)主要依據(jù)采集的低空多物理場(chǎng)聲吶圖像對(duì)聲吶進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。因此，圖像質(zhì)量的優(yōu)劣是決定系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵。分析圖像質(zhì)量檢測(cè)原理，則可保障采集圖像的質(zhì)量。給出低空多物理場(chǎng)聲吶圖像的檢測(cè)原理如圖1所示。

圖1 低空多物理場(chǎng)聲吶圖像質(zhì)量檢測(cè)原理

低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)低空多物理場(chǎng)聲吶圖像進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，先對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，圖像預(yù)處理的過(guò)程為去除圖像中含有噪聲的圖像，并對(duì)其進(jìn)行縮放和格式的轉(zhuǎn)換，得到圖像的灰度圖像，計(jì)算其直方圖。對(duì)圖像進(jìn)行縮放的主要目的是保證圖像不丟失和減少圖像數(shù)據(jù)量，提高聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。完成圖像預(yù)處理后，檢測(cè)所有聲吶圖像的待檢測(cè)項(xiàng)。特征持續(xù)時(shí)間值存在于每個(gè)圖像的待檢測(cè)項(xiàng)中，當(dāng)特征存在于檢測(cè)項(xiàng)中時(shí)，增加該值。當(dāng)特征不存在于檢測(cè)項(xiàng)中時(shí)，該值清零。當(dāng)圖像中檢測(cè)項(xiàng)的特征持續(xù)時(shí)間為最短時(shí)，該圖像質(zhì)量的檢測(cè)項(xiàng)異常。

對(duì)低空多物理場(chǎng)聲吶圖像進(jìn)行是否存在異常的判斷時(shí)，需要考慮圖像本身的連續(xù)性[7]。圖像特征表現(xiàn)為持續(xù)正常時(shí)，若當(dāng)前的圖像特征值接近可判定正常圖像的閾值，判斷當(dāng)前的圖像為正常；當(dāng)前面的圖像特征表現(xiàn)為持續(xù)異常時(shí)，若當(dāng)前的圖像特征值略低于或接近可判定異常圖像的閾值，判斷當(dāng)前的圖像為異常。低空多物理場(chǎng)聲吶圖像的有效處理，提高了系統(tǒng)對(duì)低空多物理場(chǎng)圖像質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控原理和圖像質(zhì)量檢測(cè)原理為低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供強(qiáng)有力的理論依據(jù)，保證了改進(jìn)設(shè)計(jì)的低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的有效性。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件部分主要包括圖像數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、圖像數(shù)據(jù)處理工作站和圖像數(shù)據(jù)傳輸電路。要改進(jìn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件部分，先制定系統(tǒng)硬件整體功能架構(gòu)，再對(duì)各組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。給出低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的硬件整體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)硬件整體架構(gòu)圖

在光學(xué)設(shè)備中聲吶圖像數(shù)據(jù)通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部的交換機(jī)連接，選擇優(yōu)質(zhì)的聲吶圖像通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式發(fā)送到低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的管理中心[8]。使用千兆交換機(jī)將圖像處理工作站和服務(wù)器相連，同步圖像的文件。顯示圖像通過(guò)圖像處理工作站傳送到RGB矩陣，最終投影到?jīng)Q策區(qū)中的過(guò)程。在低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中采用Team技術(shù)將圖像處理服務(wù)器和外部交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接，提供系統(tǒng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)鏈路冗余。

3.1 圖像數(shù)據(jù)處理服務(wù)器

低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分的圖像數(shù)據(jù)處理服務(wù)器，其重要功能是完成聲吶圖像文件的排序與存放、圖像的模擬發(fā)送、對(duì)圖像的優(yōu)選、圖像數(shù)據(jù)客戶(hù)端和服務(wù)器的同步及文件的解壓縮等。圖像數(shù)據(jù)處理器主要由圖像數(shù)據(jù)排序分類(lèi)模塊、rar解壓縮模塊、圖像數(shù)據(jù)同步模塊和數(shù)據(jù)模擬發(fā)送模塊構(gòu)成。

1)數(shù)據(jù)模擬發(fā)送模塊，測(cè)試低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件性能和功能。以五幀/秒的速度模擬圖像傳送到處理服務(wù)器的過(guò)程，檢驗(yàn)監(jiān)控系統(tǒng)是否滿(mǎn)足需求。以五幀/秒的速度將聲吶圖像數(shù)據(jù)拷貝到“數(shù)據(jù)傳輸軟件”的“已接收”目錄中。

2)圖像數(shù)據(jù)同步模塊，對(duì)接收到的聲吶圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)部數(shù)據(jù)的同步。低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用Windows+目錄監(jiān)控的共享方式進(jìn)行同步，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)服務(wù)器客戶(hù)端與目錄結(jié)構(gòu)的同步，實(shí)時(shí)性較高。在監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行同步時(shí)先將拷貝的數(shù)據(jù)改為臨時(shí)數(shù)據(jù)名，完成后改為顯示程序的使用，避免出現(xiàn)聲吶圖像數(shù)據(jù)拷貝未完成時(shí)被顯示讀取的現(xiàn)象。

3)rar解壓縮模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)聲吶圖像數(shù)據(jù)透明自動(dòng)的解壓傳輸方式。在低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中解壓的實(shí)現(xiàn)由DLL接口完成。將接收的rar圖像數(shù)據(jù)存放到服務(wù)器的“已接收”目錄中，使用目錄讀取文件時(shí)進(jìn)行聲吶圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)解壓，實(shí)時(shí)解壓具有實(shí)時(shí)播放的特點(diǎn)。

4)圖像數(shù)據(jù)排序分類(lèi)模塊，對(duì)接收的圖像數(shù)據(jù)按照發(fā)生時(shí)間、目的地址和源地址進(jìn)行分類(lèi)排序和存放。

3.2 圖像數(shù)據(jù)處理工作站

低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中圖像數(shù)據(jù)處理工作站的主要功能是完成顯示聲吶圖像的旋轉(zhuǎn)顯示與縮放剪切、接收服務(wù)器發(fā)送的圖像、對(duì)外投影輸出、圖像的準(zhǔn)時(shí)播放和字幕標(biāo)注等[9]。可將聲吶圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行全屏的顯示，采用雙顯卡，輸出端和控制端分離，完成低空多物理場(chǎng)圖像的選優(yōu)控制。

1)顯示預(yù)覽模塊。低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)16路的圖像選優(yōu)操作，直接將圖像選優(yōu)路的信號(hào)以投影的方式輸出，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的選優(yōu)功能。對(duì)目標(biāo)的位置和姿態(tài)進(jìn)行判斷，通過(guò)觀察4路實(shí)時(shí)的聲吶圖像數(shù)據(jù)完成。

2)對(duì)聲吶圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)顯示、剪裁和縮放時(shí)，采用圖片處理類(lèi)的方法，該方法便于后期的功能添加。

3)選優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)模塊。低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的圖像處理工作站和圖像處理服務(wù)器配置相同的顯示軟件，圖像處理工作站同步到圖像處理服務(wù)器選擇的路線(xiàn)信息。

4)字幕標(biāo)注模塊。該模塊的主要功能是標(biāo)注設(shè)備的空間目標(biāo)名稱(chēng)、設(shè)備名稱(chēng)和其他信息。

3.3 圖像數(shù)據(jù)傳輸電路

圖像數(shù)據(jù)傳輸電路的主要功能是完成低空多物理場(chǎng)聲吶圖像在服務(wù)器與光學(xué)設(shè)備端之間的傳輸，在網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜的環(huán)境下實(shí)時(shí)完成聲吶圖像數(shù)據(jù)的穩(wěn)定接收。光學(xué)設(shè)備端和服務(wù)器均采用PEP協(xié)議，完成聲吶圖像數(shù)據(jù)的接收，對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)日志、接收列隊(duì)和傳輸列隊(duì)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。

根據(jù)以上步驟，完善系統(tǒng)硬件部分圖像數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、圖像數(shù)據(jù)處理工作站和圖像數(shù)據(jù)傳輸電路的功能，完成低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，為系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)提供良好的硬件基礎(chǔ)。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)軟件部分的主要業(yè)務(wù)流程有圖像數(shù)據(jù)的模擬發(fā)送流程、實(shí)時(shí)顯示流程、接收流程和發(fā)送流程。對(duì)軟件功能具體優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程如下：

4.1 圖像數(shù)據(jù)發(fā)送流程

在監(jiān)控系統(tǒng)中光學(xué)設(shè)備采集到低空多物理場(chǎng)聲吶圖像數(shù)據(jù)后，對(duì)聲吶圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷和監(jiān)視[10]。若獲取到的圖像數(shù)據(jù)為實(shí)時(shí)的，則采用rar函數(shù)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的壓縮，根據(jù)FEP協(xié)議將圖像數(shù)據(jù)傳送，并對(duì)其傳送的過(guò)程進(jìn)行記錄和跟蹤，完成發(fā)送流程，等待下一個(gè)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行依次處理。圖3為圖像數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖。

圖3 圖像數(shù)據(jù)發(fā)送流程

4.2 圖像數(shù)據(jù)接收流程

監(jiān)控系統(tǒng)的圖像數(shù)據(jù)接收流程是通過(guò)FEP協(xié)議進(jìn)完成圖像數(shù)據(jù)接收。啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，對(duì)FEP協(xié)議進(jìn)行初始化，等待接收的圖像數(shù)據(jù)到來(lái)。若完成一個(gè)聲吶圖像數(shù)據(jù)的接收后，采用rar函數(shù)實(shí)時(shí)對(duì)聲吶圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓，根據(jù)圖像數(shù)據(jù)中的信息對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)儲(chǔ)存。同時(shí)將接收到的圖像數(shù)據(jù)傳送到工作站中，完成圖像數(shù)據(jù)的傳輸流程。

4.3 圖像數(shù)據(jù)模擬發(fā)送流程

在低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)的模擬發(fā)送時(shí)，首先對(duì)圖像數(shù)據(jù)的參數(shù)、發(fā)送頻率和模擬多少路的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)置，然后啟動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的定時(shí)器。當(dāng)定時(shí)器的事件到來(lái)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)就會(huì)模擬產(chǎn)生一個(gè)低空多物理場(chǎng)聲吶圖像，將聲吶圖像按照先后順序進(jìn)行編號(hào)，并將其拷貝到指定路的目錄中，完成模擬接收的過(guò)程。

4.4 圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示流程

圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示的流程為：?jiǎn)?dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的顯示程序，對(duì)16路隊(duì)列進(jìn)行初始化顯示，將獲取到的圖像數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到先進(jìn)先出的列隊(duì)。建立含有圖像數(shù)據(jù)顯示和實(shí)時(shí)監(jiān)控16路隊(duì)列的顯示播放線(xiàn)程。文件名命名規(guī)則為聲吶圖像數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示的過(guò)程，對(duì)圖像數(shù)據(jù)的來(lái)源進(jìn)行判斷，打出字幕中的圖像信息，判斷其是否含有縮放算法。若含有，使用縮放函數(shù)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行縮放處理，將處理后的圖像數(shù)據(jù)傳送到系統(tǒng)的緩沖區(qū)進(jìn)行顯示。

綜上所述，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)硬件部分的圖像數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、圖像數(shù)據(jù)處理工作站和圖像數(shù)據(jù)傳輸電路進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化軟件部分的圖像數(shù)據(jù)模擬發(fā)送、實(shí)時(shí)顯示、接收和發(fā)送四個(gè)流程，完成低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

為了驗(yàn)證低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的性能，需要進(jìn)行一次實(shí)驗(yàn)。本次實(shí)驗(yàn)在Visual C++6.0平臺(tái)完成，低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)采用多路檢測(cè)的方法對(duì)低空多物理場(chǎng)圖像聲吶數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，提高了系統(tǒng)對(duì)聲吶圖像遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)時(shí)性，監(jiān)控精度和抗干擾能力。

為了測(cè)試改進(jìn)設(shè)計(jì)的低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，分別改進(jìn)系統(tǒng)、文獻(xiàn)[8]系統(tǒng)和文獻(xiàn)[9]系統(tǒng)對(duì)聲吶圖像進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，測(cè)試三種不同系統(tǒng)的監(jiān)控速率對(duì)比結(jié)果如圖4所示。

圖4 三種不同系統(tǒng)監(jiān)控速率對(duì)比結(jié)果

觀察圖4可得，采用文獻(xiàn)[8]系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控低空多物理場(chǎng)的聲吶圖像，在聲吶圖像集從0個(gè)增加到33個(gè)時(shí)，其監(jiān)控速率呈大幅度上升趨勢(shì)，在圖像集為33個(gè)時(shí)，達(dá)到最大監(jiān)控速率為65 bps。隨后監(jiān)控速率隨著圖像集數(shù)量的增加而下降，當(dāng)圖像集的數(shù)量為60個(gè)時(shí)，監(jiān)控速率降到0 bps，說(shuō)明系統(tǒng)最大監(jiān)控圖像集的數(shù)量為60個(gè)。采用文獻(xiàn)[9]系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控低空多物理場(chǎng)的聲吶圖像，聲吶圖像集從0個(gè)增加到42個(gè)時(shí)，其監(jiān)控速率呈上升趨勢(shì)，但上升幅度較小。當(dāng)數(shù)據(jù)集數(shù)量為42個(gè)時(shí)，達(dá)到最大監(jiān)控速率為30 bps。當(dāng)數(shù)據(jù)集的數(shù)量增加到80個(gè)時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)控速率回到0 bps，該系統(tǒng)的最大監(jiān)控圖像集數(shù)量為80個(gè)。采用改進(jìn)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控低空多物理場(chǎng)的聲吶圖像，在聲吶圖像集從0個(gè)增加到27個(gè)時(shí)，其監(jiān)控速率隨圖像集數(shù)量上升較快，在圖像集數(shù)量為28個(gè)時(shí)，達(dá)到最大監(jiān)控速率為80 bps。當(dāng)圖像集增加到80個(gè)時(shí)，系統(tǒng)監(jiān)控速率回到0 bps，該系統(tǒng)的俄最大監(jiān)控圖像集數(shù)量為80個(gè)。對(duì)比三種不同系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，文獻(xiàn)[8]系統(tǒng)的監(jiān)控速率大于文獻(xiàn)[9]系統(tǒng)的監(jiān)控速率，但監(jiān)控圖像集數(shù)量比文獻(xiàn)[9]系統(tǒng)少。改進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前兩種系統(tǒng)的監(jiān)控速率，且監(jiān)控圖像集數(shù)量也大于前兩種系統(tǒng)的監(jiān)控圖像集數(shù)量，說(shuō)明改進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控實(shí)時(shí)性更好。

噪聲對(duì)低空多物理場(chǎng)圖像的遠(yuǎn)程監(jiān)控存在較大的干擾，為了驗(yàn)證低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的抗干擾能力，分別在改進(jìn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中加入噪聲，對(duì)比兩種不同系統(tǒng)的抗干擾能力，測(cè)試結(jié)果如圖5所示。

圖5 兩種不同系統(tǒng)抗干擾能力對(duì)比結(jié)果

圖5(a)為傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)在正常情況下的信號(hào)頻率，圖5(b)為傳統(tǒng)系統(tǒng)在受到噪聲干擾情況下的信號(hào)頻率，對(duì)比圖5(a)和圖5(b)可知，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控低空多物理場(chǎng)聲吶圖像，在受到噪聲干擾時(shí)，信號(hào)頻率的波動(dòng)較大。圖5(c)為改進(jìn)系統(tǒng)在正常情況下的信號(hào)頻率，圖5(d)為改進(jìn)系統(tǒng)在受到噪聲干擾時(shí)的信號(hào)頻率，對(duì)比圖5(c)和圖5(d)可知，低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)在受到噪聲干擾時(shí)，信號(hào)頻率的波動(dòng)較小。對(duì)比改進(jìn)系統(tǒng)和傳統(tǒng)系統(tǒng)的受干擾測(cè)試結(jié)果可知，改進(jìn)系統(tǒng)的受噪聲干擾頻率較低，充分說(shuō)明改進(jìn)系統(tǒng)的抗干擾能力更強(qiáng)，驗(yàn)證了改進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)用性。

監(jiān)控精度是驗(yàn)證系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，分別采用文獻(xiàn)[9]系統(tǒng)、文獻(xiàn)[10]系統(tǒng)和改進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)得三種不同系統(tǒng)監(jiān)控精度的對(duì)比結(jié)果如圖6所示。

圖6 三種不同系統(tǒng)監(jiān)控精度對(duì)比結(jié)果

分析圖6可得，文獻(xiàn)[9]系統(tǒng)的監(jiān)控精度平均值約為55%，在10～20 s時(shí)，達(dá)到最大監(jiān)控精度為75%。文獻(xiàn)[10]系統(tǒng)的監(jiān)控精度平均值約為70%，在30～40 s時(shí)，達(dá)到最大監(jiān)控精度為80%。改進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控精度平均值約為85%，在10～20 s和30～40 s時(shí)，出現(xiàn)兩次最大監(jiān)控精度，值為85%。對(duì)比文獻(xiàn)[9]系統(tǒng)、文獻(xiàn)[10]系統(tǒng)和改進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，文獻(xiàn)[10]系統(tǒng)的監(jiān)控精度高于文獻(xiàn)[9]系統(tǒng)的監(jiān)控精度，改進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于前兩種系統(tǒng)監(jiān)控精度，充分說(shuō)明改進(jìn)系統(tǒng)的監(jiān)控精度更高，驗(yàn)證了

改進(jìn)系統(tǒng)的可行性。

綜合以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得，改進(jìn)設(shè)計(jì)的低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控實(shí)時(shí)性好、監(jiān)控精度高、抗干擾能力強(qiáng)，具有一定的有效性和實(shí)用性。

6 結(jié)論

為促進(jìn)聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展，提出設(shè)計(jì)一種低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通過(guò)分析聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控原理和圖像質(zhì)量檢測(cè)原理，對(duì)系統(tǒng)硬件圖像數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、圖像數(shù)據(jù)處理工作站和圖像數(shù)據(jù)傳輸電路進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化圖像數(shù)據(jù)模擬發(fā)送、實(shí)時(shí)顯示等軟件功能，完成低空多物理場(chǎng)圖像聲吶遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)證明，相比傳統(tǒng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的監(jiān)控實(shí)時(shí)性更好，抗干擾能力更強(qiáng)，監(jiān)控精度更高。但該系統(tǒng)的穩(wěn)定性尚未進(jìn)行測(cè)試，未來(lái)經(jīng)針對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題進(jìn)行研究，為聲吶控制領(lǐng)域提供有效借鑒依據(jù)。

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