SONAR(Sound NAvigation and Ranging一声纳)像雷达，光电系统一样广泛用于机器人，导航和目标检测，其基本原理都基于目标和检测器之间的波传输。声纳与雷达和光电系统的不同之处在于声纳是靠声波传输能量。
数字信号处理技术增加了现代声纳系统的多用途性能，使检测范围更宽、精度更高、并且有数据存储和后处理能力。数字滤波算法可用于被接收的数据，改善了噪声环境中目标检测能力。所以用DSP(数字信号处理器)能增强声纳性能。

声纳系统基本原理
    基本声纳系统是靠计算声纳和目标之间声波或超声波总传输时间来测定目标距离。在主动式声纳系统中，波从发射器到目标并返回到接收器，类似于脉冲回波雷达；在被动式声纳系统中，目标是传播到接收机的能量源。
在主动式声纳系统中，声波源是声纳系统的一部分，来自发射器的电能量必须由换能器变换为声波能量。在波动式声纳系统中，源是目标本身。
声纳工作是利用在特定环境中(如空气)已知的声波传播速度用下式计算目标距离：
(1)
其中Vs=340——声波在空气中的传播速度。
tpropagation[s]——声波传播延迟。
   换能器用来接收声波能量。当换能器设计成在所有方向能等同接收时，这种换能器称之为全向的。可用最小定向性描述换能器，它们具有一个角度范围(束宽)，在束宽内接收能量。
在接收时，窄束宽可使换能器抑制干扰噪声，这是因为环境噪声来自所有方向。用方向指数DI对数项数学表示它。
    检测准则要求接收器收集到的功率量应超过一定阈值的噪声电平。信噪比的对数形式是SNR。检测的最小SNR称之为检测阈值DT。通常检测发生在时间大于50%，其SNR>DT。
从源到接收机的信号损耗称之为传播损耗(TL)。传播损耗项包括所有能量发放，衰减和其他各种影响。
被动式系统(一路传输)中声纳接收的SNR可用下式表示：
SNRpassive=SL+DI-TL-NL (2)
其中SL-发射声能量的源电平
DI-接收器的方向指数
TL-传输损耗
NL-噪声电平
    对于主动系统，另一项是目标强度(TS)，用它描述从目标反射的能量。目标强度做为反射后的源电平，应包括任意方向的反射效应。目标强度是目标尺寸、表面材料、形状和定位的函数。主动式系统的2路传输损耗可用下式表示：
SNRactive=SL-2TL+TS-NL+DI (3)
尽管在主动式和波动式系统方程式中各项看起来相类似，但每项的差别很大。

系统结构
用DSP65824实现主动式声纳系统的框图示于图1。
    该主动式声纳系统的主要特性是声波源和接收器一起安装在一个旋转平台上。所选择的两个换能器做为超声发射器和接收器应具有相似的电-声特性。它们确定声纳工作频率：
    fsonar=40KHz。发射器/接收器平台由步进电机转动，步进电机由DSP板控制。
    此系统还包括超声换能器的放大器和驱动器电路以及接收入射波信号的A/D变换逻辑。
    用DSP56824基评价模件(EVM)做为声纳系统的核心单元。经端口B(GPIO)，EVM直接连接传感器接口逻辑。用标准PC串行接口连接到主计算机。
    DSP执行所有声纳特殊数据处理功能(如发射波取样产生，接收信号滤波，接收数据缓冲器发射模式产生，目标距离计算)以及主机和传感器接口的数据通信程序，模/数变换器和步进马达控制程序。
主计算机提供声纳的图像用户接口(GUI)。用户起动、停止声纳工作，GUI以图形、直观形式显示检测目标。
    图2示出通用声纳操作流程，包括声纳系统最重要的程序以及声纳工作期间相对的时间位置。声纳一般数据流程的一个最主要特性是主机和DSP之间程序执行的并行性。
    图2中的‘a’‘b’符号代表数据流程的稳定状态。当DSP执行达到‘a’状态时，它异步等待一外部事件以便进一步执行，即主计算机信号准备好接收来自DSP的结果。在接收信号之后，DSP执行一系列程序，最终实现距离计算循环，此循环对应于1.8度水平搜索(两个0.9度步进马达的步旋转)，声纳角检测范围为180度。
    在同一状态下，当主机执行达到‘b’状态时，计算机发出“等待数据”命令到DSP，而循环无限期下去，直到下列条件之一发生时为止：DSP通过串行连路送出结果或用户从图像用户接口停止声纳工作。
DSP执行的主要程序包括：
·初始化程序
·发射波产生
·回波信号取样和存储
·目标极座标计算
·传送结果到主机
·传感器平台转动
主机执行的程序包括：
·串行连路实现
·图像用户接口实现
有关DSP和主机执行的详细程序在此就不一一详述。

传感器接口电路
    两个超声波传感器是声波发射和回波接收，而相应的信号调理电路代表声纳的模拟元件。
用一对容式传感器对400SR-400ST。这种传感器特性为：40KHz超声波传感器，频率容差±1KHz，具有良好的方向性，尺寸小。
    为使发射传感器阻抗小和增加信号增益，采用运放基接口逻辑电路(见图3)。对发射信号此电路的理论电压增益为+20。电路中的滤波电容器用以消除电路电源线上的噪声。
发射传感器接口电路对来自DSP评价板GPIO端口的40KHz方波信号进行放大和滤波，产生相同频率的正弦波信号做为传感器的输入。
    用类似的信号放大(理论电压增益+40)和阻抗调整电路实现回波信号的接收和调理。结果，输出信号需要从模拟到数字变换，以便送到DSP进行进一步处理。
因为超声信号频率(40KHz)相当于高频，所以DSP5682EVM板上声频编译码器(MC145483 13位线性单通道)不适用于声纳应用。在此设计中，用ADS774基A/D电路替代，它能够工作在108kSps 。
DSP通过两条GPIO线(一条用于开始ADS的变换周期，另一条用于集中控制变换状态来检测“变换结束”以告知收到来自ADS的有效数据)控制ADS774，见图4。
    变换器有12位输出，DSP用9个最高有效位做为辅助降噪量测。

步进马达控制
    安装在水平台上的两个传感器由步进马达驱动。步进马达由DSP通过两条连接线进行控制，控制电路示于图5。
    步进马达以180度转动传感器。左、右旋转(两步分辨率)，每步对应0.9度。