专利名称：一种适用于声纳系统的自解释的数据储存结构的制作方法
技术领域：
本发明属于数据存储领域，特别涉及一种适用于声纳系统的自解释的数据储存结构。
背景技术：
声纳系统是进行水下成像、水下探测、水下导航和水声通信的重要工具。各种声纳 系统在工作过程中会产生大量的数据，将这些数据以合适的方式存储对于数据处理以及声 纳系统应用有十分重要的意义。声纳系统工作过程中产生的各种数据既有声纳图像数据， 又有声纳回波数据，并同时附加了大量的其他信息(如地理坐标信息、时间信息、各种传感 器信息等)。不同的声纳系统输出的数据信息各有不同，因此各声纳设备制造商或研制单位 设定的声纳数据存储结构各不相同，它们的通用性非常差。另外，为了读取具有不同存储结 构的声纳数据文件，需要根据不同类型声纳数据存储结构编制不同的数据读取软件，对于 用户来说非常不方便。 目前，目前有部分声纳制造商和研究机构提出了一些声纳数据的存储格式(比如 QMIPS、XTF、 SDF等等，其中QMIPS格式和SDF数据格式不具备自解释功能，XTF数据格式的 读写比较复杂)。另外，出于对各公司的商业利益的保护以及这些数据存储格式提出的初衷 不同，这些声纳数据存储格式相互之间并不兼容，部分声纳制造商甚至并不公开声纳数据 的存储格式。因此，需要设计一种新的声纳系统数据存储结构与方法，用以提高各种声纳数 据的交互性，降低声纳数据存储和读取的复杂性，为各种声纳数据的使用和处理提供便利。

发明内容
本发明的目的是，克服现有技术的不足，提出一种适用于声纳系统的自解释的数 据储存结构。 为实现上述发明目的，本发明提供了一种适用于声纳系统的自解释的数据储存结 构，所述的数据储存结构包括结构体数据块存储结构或声纳数据块存储结构；所述的声 纳数据块存储结构与所述的结构体数据块存储结构，还包含数据描述存储单元和数据存储 单元 所述的数据描述存储单元又包含如下子存储单元 数据头起始标志子存储单元，用若干位无符号整型表示；类型子存储单元，用若干 位无符号整型表示；字节数子存储单元，用若干位无符号整型表示；数据说明子存储单元， 采用若干个8位字符表示，用于将对声纳数据块的描述加入到回波数据中；数据头结束标 志子存储单元，采用若干位无符号整型表示； 所述的声纳数据块存储结构的数据存储单元，结构如下维数子存储单元，存储数 据的维数n ;各维大小子子存储单元，为n个连续子存储单元用于分别指定第1维至第n维 的大小；数据子存储单元，用n维矩阵存储得到的数据； 所述的结构体数据块存储结构的数据存储单元，结构如下结构体域个数子存储单元，用于存储待存数据块的域个数n ;域名数组子存储单元，用n组20个8位字符存储，其中每20个字符描述某个结构体域的名称；n个连续数据子存储单元，所述的n个连续数据子存储单元构成n维矩阵用于存储得到的n个声纳数据块。 本发明所述的数据头起始标志采用32位无符号整型表示；所述的类型采用32位无符号整型表示；所述的数据说明子存储单元采用256个8位字符表示；所述的数据头结束标志子存储单元采用32位无符号整型表示；所述的结构体域个数采用32位无符号整型表示。 所述的数据存储单元用于存储声纳工作过程中产生的原始回波数据、图像数据以
及传感器数据的各种数据。所述的声纳数据块存储结构可用于存储声纳工作过程中产生的
所有数据，且所述的结构体存储结构可用于存储声纳工作过程中产生的所有数据。 所述的声纳数据块的存储结构中的数据存储单元用于存储多维数组时，首先存储
维数低的数据，然后再存储维数高的数据；读取数据时，采用一维数组进行索引，具体步骤
为如果多维数组索引为indi，i = 1，2，3，...，多维数组的维数为ni，i = 1，2，3，...，则根
据多维数组索引计算一维数组索引的方法如下 <formula>formula see original document page 4</formula>
其中，p, =H",，且p工=1。"i 作为本发明的一个改进，所述的适用于声纳系统的自解释的数据储存方法，针对一次声纳数据的存储方法包括以下步骤 1)创建数据文件，所述数据文件的存储结构包括结构体数据块存储结构、声纳数据块存储结构以及由结构体数据块存储结构和声纳数据块存储结构组成的声纳数据文件格式； 2)根据声纳系统工作过程中产生的数据特点，构造声纳数据块存储结构或者结构体数据块存储结构； 3)对于构造完成的声纳数据块存储结构或者结构体数据块存储结构，根据系统要求写入声纳数据文件，写入方式可以顺序写入声纳数据文件，还可以根据具体情况随机写入声纳数据文件； 4)声纳系统工作任务执行完毕后，关闭打开的数据文件，完成声纳数据存储。
本发明的优点在于 1、本发明提供的一种可应用于声纳系统的自解释的数据储存结构与方法，该村出方法可以大大提高各种声纳数据的交互性，降低声纳数据存储和读取的复杂性，为各种声纳数据的使用和处理提供便利； 2、本发明采用的自解释的数据存储结构与方法，用户读取声纳数据文件时只需要了解本发明中提出的声纳数据块的存储结构和结构体数据块存储结构即可，使用本发明提
供的自解释的数据存储结构与方法生成的声纳数据文件具有良好的通用性。


图1是本发明的自解释数据存储方法流程 图2是本发明的声纳数据块构造方式； 图3是本发明的结构体数据块存储结构构造方式； 图4是声纳数据块的二维数据存储顺序； 图5是声纳数据块的三维数据存储顺序； 图6是用结构体存储单元存储的文件信息头存储结构示意图； 图7是用声纳数据块方式存储的一维日期信息； 图8是用声纳数据块方式存储的一维天气信息； 图9是用声纳数据块方式存储的文件名信息； 图10是用声纳数据块方式存储的一维海况信息； 图11用声纳数据块方式存储的一维声纳类型信息； 图12用结构体方式存储的声纳数据块信息； 图13是用声纳数据块方式存储的二维回波数据信息； 图14是用声纳数据块方式存储的一维GPS数据信息； 图15是用声纳数据块方式存储的一维时间数据信息； 图16是用声纳数据块方式存储的一维传感器数据数据信息。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的一种可用于声纳系统的自解释的数据文件储存方法进行详细说明。 本发明的声纳数据块可以存储声纳工作过程中产生的包括原始回波数据、图像数据以及传感器数据在内的各种数据，声纳数据块以矩阵形式存储，其存储结构如图2所示。
在图2中，数据头起始标志采用32位无符号整型，作为声纳数据块的起始标志；类型采用32位无符号整型，作为声纳数据块的类型标志；声纳数据块的类型是指声纳数据以何种方式进行存储，比如无符号整型(16位、32位等)，有符号整型(16位，32位等)，单精度(32位浮点类型)，双精度(64位浮点类型)等等；数据说明采用256个8位字符表示，用户可以将对声纳数据块的描述加入到回波数据中；数据头结束标志采用32位无符号整型标志，作为声纳数据块的结束标志。 在图2中，维数采用32位有符号整型，用以表示声纳数据块中存储矩阵的维数；各维大小采用32位有符号整型，用以表示声纳数据块中存储矩阵的各维的大小；如果维数为n，在声纳数据块存储结构中需要指定第1维至第n维的大小。 在图2中，声纳数据块中的数据采用一维数组的方式进行存储。对于多维数组首先存储维数低的数据，然后再存储维数高的数据。比如对于二维数组，首先存储列数据，然后再存储行数据。图4给出了一个二维数组及其存储方式，图5给出了一个三维数组及其存储方式。 假设多维数组索引为indi，i = 1，2，3，...，多维数组的维数为rii，i = 1，2，3，...，
则根据多维数组索引计算一维数组索引的方法如下<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，P, - 且Pi = 1
<formula>formula see original document page 6</formula> 结构体数据块存储结构用于构造更为复杂的声纳数据结构，其中存储结构如图3 所示。其中数据头起始标志、类型、字节数、数据说明、数据头结束标志采用的存储结构均与 声纳数据块相同。 结构体数据块存储结构中的结构体域个数采用32位无符号整型存储，用于表示 结构体数据块存储结构中存储的数据域的个数。 结构体数据块存储结构中的域名数组采用N组20个8位字符存储(N为结构体域 的个数)，其中每20个字符描述某个结构体域的名称。 结构体数据块存储结构中的数据块即声纳数据块，其存储结构与声纳数据块的存
储结构相同。 实施例具体实施方式
中以侧视图像声纳的回波数据存储为例进行说明，侧视声纳距离向 采样点数为N,，采样位数为16位整型(short)，侧视声纳回波数据同时具有地理位置信息 (GPS信息)、时间信息，传感器信息(深度和速度)，所有传感器信息均采用双精度浮点型， 时间信息采用无符号整型表示。 侧视图像声纳对水下环境进行实时扫描的时候，一般采用周期重复工作模式，即 在时刻t发射和接收声信号并进行成像处理，间隔A t以后再进行重复的动作，A t与图像 声纳系统的配置有关。 每个工作周期，侧视图像声纳系统会采集一定数量的原始回波数据进行处理，这
里假设在第i个周期中，图像声纳系统的通道数为NCi，采样点数为NRi，则周期i中输出的
总的数据为NCiXNRi的二维数据矩阵Ii，数据类型为16位有符号整型。 第i个周期中采集的GPS信息为NCiX2的数据矩阵gi，其中第一列表示经度，第
二列表示纬度。 第i个周期中获取的时间信息为NCiXl的数据向量Ti。 第i个周期中获取的传感器信息为NCiX2的数据向量Si，其中第一列表示深度， 第二列表示速度信息。 为了完成图像声纳回波数据的存储，需要完成以下步骤 (1)创建数据文件，所述数据文件的存储结构包括结构体数据块存储结构、声纳数 据块存储结构以及由结构体数据块存储结构和声纳数据块存储结构组成的声纳数据文件 格式。 (2)根据声纳系统工作过程中产生的数据特点，构造声纳数据块存储结构或者结 构体数据块存储结构。需要存储的数据包括原始回波数据、GPS信息数据、时间信息和传感 器信息。采用结构体数据块构造上述数据的存储结构，此结构体数据块共包含原始回波数 据、GPS信息数据、时间信息以及传感器信息四个域，其中原始回波数据采用16位无符号整 型，GPS信息数据采用双精度浮点型，时间信息采用无符号32位整型，传感器信息采用双精 度浮点型。 除此之外，为了标志文件信息，需要构建文件信息结构数据块，文件信息结构数据 块包括日期、文件名称、声纳类型、天气情况、海况五个域，其中日期采用无符号32位整型表示，文件名称、声纳类型、天气情况、海况等均采用8位无符号整型表示。
(3)对于构造完成的声纳数据块存储结构或者结构体数据块存储结构，根据系统
要求写入声纳数据文件，因为各周期的原始回波数据是顺序采集的，所以这里采用顺序写
入的方式。 (4)声纳系统工作任务执行完毕后，关闭打开的数据文件，完成图像声纳信息数据存储。 上述所述步骤中，文件信息结构数据块的构造方式如图5所示，其中文件信息结构数据块包括的日期、文件名称、声纳类型、天气情况、海况五个域的构造方式如图7至图11所示。 上述所述步骤中，声纳数据块的构造方式如图12所示，其中原始回波数据、GPS信息数据、时间信息和传感器信息的构造方式分别如图13至图16所示。 最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
一种适用于声纳系统的自解释的数据储存结构，所述的数据储存结构包括结构体数据块存储结构或声纳数据块存储结构；所述的声纳数据块存储结构与所述的结构体数据块存储结构，还包含数据描述存储单元和数据存储单元所述的数据描述存储单元又包含如下子存储单元数据头起始标志子存储单元，用若干位无符号整型表示；类型子存储单元，用若干位无符号整型表示；字节数子存储单元，用若干位无符号整型表示；数据说明子存储单元，采用若干个8位字符表示，用于将对声纳数据块的描述加入到回波数据中；数据头结束标志子存储单元，采用若干位无符号整型表示；所述的声纳数据块存储结构的数据存储单元，结构如下维数子存储单元，存储数据的维数n；各维大小子子存储单元，为n个连续子存储单元用于分别指定第1维至第n维的大小；数据子存储单元，用n维矩阵存储得到的数据；所述的结构体数据块存储结构的数据存储单元，结构如下结构体域个数子存储单元，用于存储待存数据块的域个数n；域名数组子存储单元，用n组20个8位字符存储，其中每20个字符描述某个结构体域的名称；n个连续数据子存储单元，所述的n个连续数据子存储单元构成n维矩阵用于存储得到的n个声纳数据块。
2. 根据权利要求1所述的适用于声纳系统的自解释的数据储存结构，其特征在于，所述的数据头起始标志采用32位无符号整型表示；所述的类型采用32位无符号整型表示；所述的数据说明子存储单元采用256个8位字符表示；所述的数据头结束标志子存储单元采用32位无符号整型表示；所述的结构体域个数采用32位无符号整型表示。
3. 根据权利要求1所述的数据储存结构，其特征在于，所述的数据存储单元用于存储声纳工作过程中产生的原始回波数据、图像数据以及传感器数据的各种数据。
4. 根据权利要求1或3所述的适用于声纳系统的自解释的数据储存结构，其特征在于，所述的声纳数据块存储结构可用于存储声纳工作过程中产生的所有数据。
5. 根据权利要求1或3所述的适用于声纳系统的自解释的数据储存结构，其特征在于，所述的结构体存储结构可用于存储声纳工作过程中产生的所有数据。
6. 根据权利要求1所述的适用于声纳系统的自解释的数据储存结构，其特征在于，所述的声纳数据块的存储结构中的数据存储单元用于存储多维数组时，首先存储维数低的数据，然后再存储维数高的数据；读取数据时，采用一维数组进行索引，具体步骤为如果多维数组索引为indi， i = 1，2，3，...，多维数组的维数为a, i = 1， 2， 3，...，则根据多维数组索引计算一维数组索引的方法如下 <formula>formula see original document page 2</formula>其中，a=0"'且Pi = i。
全文摘要
本发明涉及一种适用于声纳系统的自解释的数据储存结构，所述的数据储存结构包括结构体数据块存储结构或声纳数据块存储结构；两种存储结构还包含数据描述存储单元和数据存储单元所述的数据描述存储单元包含数据头起始标志子存储单元、类型子存储单元、字节数子存储单元、数据说明子存储单元和数据头结束标志子存储单元；所述的声纳数据块存储结构的数据存储单元包含维数子存储单元、各维大小子存储单元、数据子存储单元；所述的结构体数据块存储结构的数据存储单元包含结构体域个数子存储单元、域名数组子存储单元、n个连续数据子存储单元。本发明提出的方法可提高各种声纳数据的交互性，降低声纳数据存储和读取的复杂性。
文档编号G01S7/52GK101793956SQ201010140618
公开日2010年8月4日 申请日期2010年3月29日 优先权日2010年3月29日
发明者刘纪元, 刘维, 张春华, 黄海宁 申请人:中国科学院声学研究所