光谱成像技术在海域目标探测中的应用

近年来,随着光谱成像技术的发展,机载成像光谱仪在海域军事目标的侦察中得到了新的应用。基于此,本文首先从高光谱成像仪的基本原理及特性出发,介绍了高光谱成像仪在海洋军事目标探测方面的应用现状。其次,分别从水面目标探测和水下目标探测两方面综合分析了光谱成像技术在海域目标探测中的应用。对于海面目标探测,多项关键技术获得突破,但当前算法仍然难以解决实时性问题;对于水下目标探测,本文主要以水下潜艇探测为例探讨了利用高光谱成像仪对水下目标进行探测的关键技术及相关可行性方案。分析可知,光谱成像技术用于海洋军事探测从技术上具有可行性且前景广阔,但仍需解决相关算法的效率及精度等关键问题,这对推动光谱成像技术在海域目标探测中的应用具有重要意义。     

蓝绿激光在鱼雷武器上的应用研究

目标识别功能是现代鱼雷武器应具有的基本功能。针对水下激光成像系统的特点,提出了将该系统应用于鱼雷自导／引信系统的设想并对其可行性进行了论证。蓝绿激光技术在鱼雷武器上的应用将有效增强鱼雷的目标识别能力和水下对抗能力,大大增强鱼雷武器的作战效能。     

中层海水水色三要素对水下量子通信性能的影响

为了研究中层海水中水色三要素对水下量子通信性能的影响,首先根据水色三要素的吸收和散射模型,提出了海水中叶绿素浓度、光量子信号波长和水下量子链路衰减的关系;然后针对退极化信道,分析了叶绿素浓度、光量子信号波长与信道容量、信道平均保真度和信道误码率之间的定量关系。仿真结果表明,传输距离为20 m,当叶绿素浓度分别为0.5 mg/m~3和1.5 mg/m~3时,水下量子通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.263 1和0.142 3,0.705 2和0.553,0.037 05和0.029 17.当波长分别为400nm和800nm时,通信信道容量、信道平均保真度、信道误码率依次分别为0.229 1和0.428 3,0.914 2和0.943 7,0.012 36和0.006 87。由此可见,叶绿素浓度和光量子信号波长对水下量子通信性能有显著的影响。应根据对海水水色三要素的探测情况,自适应调整系统的各项参数。     

水下高速小目标探测中的信号波形设计研究

探讨水下高速小目标探测中的声呐信号波形设计问题,指山在混响信道和多途传播信道中适宜的信号形式是多频的时频跳变信号,并给出了抗混响的频率选择方法．要达到目标参数的精确估计,信号必须具有时频的高分辨性能．信号分析结果表明,频率序列满足Ｃｏｓｔａｓ阵列的时频跳变信号具有尖锐的模糊度指向性,可以用在探测水下高速小目标的有源声呐系统中     

基于双向反射函数的水下激光引信回波仿真方法

针对鱼雷激光近炸引信探测水下近场目标的需求,开展了水下激光引信回波蒙特卡洛仿真方法研究.结合水下激光引信探测特点建立水下目标回波的蒙特卡洛仿真模型.为了提高水中非朗伯目标表面回波仿真的准确度,推导了基于双向反射函数的光子反射方向概率分布,根据概率分布随机抽样光子反射方向.仿真了不同距离和入射角度条件下的水中目标回波信号.仿真结果表明:目标回波幅度随目标距离和入射角度的增大迅速下降,目标距离在6~12m内变化时,信号峰值动态范围为11.5dB;目标距离为8m,激光入射角在0~45°内变化时,信号峰值动态范围为9.2dB.为验证仿真方法的正确性,在水池中进行水中目标蓝绿激光探测实验,实验结果和仿真结果一致.研究成果可为解决传统蒙特卡洛方法在水中非朗伯面目标回波仿真中的适用性问题及水下激光引信优化设计提供参考.     

直升机光电系统网络协同目标瞄准方法北大核心CSCD

针对直升机网络化和信息化的探测需求,提出了利用数据链信息快速引导机载光电系统实现目标瞄准的方法。分析网络信息引导过程中光电系统的目标瞄准指示误差,给出目标信息坐标转换和延迟处理算法以及光电系统瞄准线偏差估计方法,最后通过仿真实验重点研究了数据精度、数据率、延迟时间等对直升机光电系统网络协同目标瞄准的影响。仿真结果表明:减小数据延迟时间,提高数据率和数据精度是减小网络协同目标瞄准误差的有效途径,采用合理的目标信息延迟处理算法,对提高目标状态估计精度,减小目标瞄准线估计误差具有一定的作用。     

一种水下远程目标探测的方法

提出了通过估计目标反向散射系数来探测水下远程目标的一种方法。把估计目标及其附近散射体的反向散射系数构成的序列转化为海洋信道这一带乘性噪声系统的反卷积估计,并给出了最优反卷积算法。在加性噪声和乘性噪声前两阶矩未知的情况下通过建立系统状态滤波和时变噪声统计量交替估计的自适应状态滤波器,给出了自适应反卷积算法。利用上述两种反卷积算法分别对低信噪比(-6.1 dB)微弱信号进行仿真处理,仿真结果证明了所提出方法的有效性。     

反射式鱼雷声靶的初步研究──材料和结构

单应答器式的传统的鱼雷声靶不能满足具有对抗和识别能力的新一代鱼雷试验要求。反射式鱼雷声靶能模拟目标的尺度特征，并能对复杂的鱼雷探测声信号作出合理的响应，能满足“智能”鱼雷试验的初步要求。用玻璃微球橡胶作为靶体的反射式声靶可在湖上试验场作为固定式悬挂声靶。或拖曳靶。本文介绍玻璃微珠橡胶靶体的声学性能及靶体结构设想。     

水下声传播的发展及其应用

文章介绍了水声学中的基础研究领域水下声传播影响因素和研究进展,分析了海洋环境因素对水下声传播的影响机理,给出了不同类型海域以及不同季节的水下声传播特征。文章还列举了目前水下声传播研究的热点问题:水下三维声传播和复杂海洋环境下的水下声传播不确定性研究,并阐述了它在目标探测研究中的应用。最后文章着重讨论了水下声传播的重要应用之一——自适应匹配场处理技术。     

一种基于GAN和自适应迁移学习的样本生成方法

研究了基于生成式对抗网络(GAN)和跨域自适应迁移学习的样本生成和自动标注方法。该方法利用自适应迁移学习网络，基于已有的少量可见光图像样本集，挖掘目标在红外和可见光图像中特征内在相关性，构建自适应的转换迁移学习网络模型，生成标注好的目标图像。提出的方法解决了红外图像样本数量少且标注费时的问题，为后续多频段协同目标检测和识别获得了足够的样本数据。实验结果表明:自动标注算法对实际采集的装甲目标图像和生成的装甲目标图像各1 000张进行自动标注测试，对实际装甲目标图像的标注准确率达到95%以上，对生成的装甲目标标注准确率达到83%以上；利用真实图像和生成图像的混合数据集训练的分类器的性能和使用纯真实图像时基本一致。     

Breaking chaotic shift key communication via adaptive key identification

This paper proposes an adaptive parameter identification method for breaking chaotic shift key communication from the transmitted signal in public channel. The sensitive dependence property of chaos on parameter mismatch is used for chaos adaptive synchronization and parameter identification. An index function about the synchronization error is defined and conjugate gradient method is used to minimize the index function and to search the transmitter's parameter (key). By using proposed method, secure key is recovered from transmitted signal generated by low dimensional chaos and hyper chaos switching communication. Multi-parameters can also be identified from the transmitted signal with noise.     

一种基于信号功率的水声通信线性调频同步信号自适应阈值检测算法

由于线性调频信号具有一定的抗多普勒效应能力,在水下突发通信中作为同步序列得到了广泛的应用。在对线性调频信号进行同步的过程中发现,当采用固定判决门限检测方法时,往往会造成检测概率的减小或者虚警概率的增大,针对这一问题,本文提出了一种根据信号功率,并在滑动窗口中进行比较判决,自动调整相关峰检测门限值的自适应算法。通过仿真和湖试验证,该方法性能良好,具有一定的实用价值。     

Adaptive synchronization of a switching system and its applications to secure communications

This paper studies the adaptive synchronization of a switching system with unknown parameters which switches between the R?ssler system and a unified chaotic system. Using the Lyapunov stability theory and adaptive control method, the receiver system will achieve synchronization with the drive system and the unknown parameters would be estimated by the receiver. Then the proposed switching system is used for secure communications based on the communication schemes including chaotic masking, chaotic modulation, and chaotic shift key strategies. Since the system switches between two chaotic systems and the parameters are almost unknown, it is more difficult for the intruder to extract the useful message from the transmission channel. In addition, two new schemes in which the chaotic signal used to mask (or modulate) the transmitted signal switches between two components of a chaotic system are also presented. Finally, some simulation results are given to show the effectiveness of the proposed communication schemes.     

Delay and Doppler spreads in underwater acoustic particle velocity channels

Signal processing and communication in acoustic particle velocity channels using vector sensors are of interest in the underwater medium. Due to the presence of multiple propagation paths, a mobile receiver collects the signal with different delays and Doppler shifts. This introduces certain delay and Doppler spreads in particle velocity channels. In this paper, these channel spreads are characterized using the zero-crossing rates of channel responses in frequency and time domain. Useful expressions for delay and Doppler spreads are derived in terms of the key channel parameters mean angle of arrival and angle spread. These results are needed for design and performance prediction of systems that utilize underwater acoustic particle velocity and pressure channels.     

最大似然参数估计水声通信帧同步技术研究（英文）

Traditional frame synchronization methods for underwater acoustic communication(UWAC) merely depend on correlation coefficient when synchronization signal detection is concerned and,hence,false triggering and missed synchronization can hardly be avoided in complex UWAC channels.In order to solve this problem,firstly,we analyze the effects of interference from noise,multipath and Doppler on frame synchronization;then we propose a new frame synchronization scheme based on parameter estimation.By exploiting the parameter estimation technique,we detect the synchronization signal according to the estimated parameters,thus the false triggering rate and missed synchronization rate can be reduced.We also simplify the maximum likelihood estimation to reduce computational cost.Simulation results indicate that this new scheme outperforms the traditional method in terms of delay resolution and correlation coefficient.Both static and mobile communication experimental results show that the correlation coefficient of the new scheme is higher than that of the traditional one.Moreover,the detection ability of the receiver is improved,which helps to avoid false triggering and missed synchronization.     

水下网络突发分组前导码检测的自适应阈值算法

本文针对水声信道的特点,提出了一种适于水下传感器网络突发通信分组前导码检测的自适应阈值算法。该算法根据估计的信号瞬时功率自适应地调整阈值,以取代固定阈值算法中的预设常数阈值。进行了理论分析和仿真,证明该算法具有恒虚警的特点,检测概率比固定阈值算法有明显的提高。针对检测到相关函数旁瓣的情况,加入了滑动窗口。该算法经过了湖试验证,性能良好,具有实用价值。     

最大似然参数估计水声通信帧同步技术研究

水声通信中传统帧同步方法仅仅依赖于匹配滤波输出的相关系数,在复杂信道条件下,容易出现误触发和漏同步。针对这一问题,分析了水声信道中噪声、多普勒和多径对帧同步的影响,提出了一种基于参数估计的帧同步方法.在同步过程中引入参数估计,将信号参数作为检测判决依据,以降低误触发率和漏检率;同时对最大似然估计算法进行适当简化,以降低实现复杂度。计算机仿真实验验证了新的帧同步方法相对于传统方法在定时精度和相关系数方面的优势。实际水声通信实验结果表明,无论是静止平台还是移动平台之间的通信,新的帧同步方法均能有效提高匹配滤波器输出的相关系数,提升接收机检测能力,从而避免出现误触发和漏同步。      

State estimation and synchronization of pendula systems over digital communication channels

The recent results on nonlinear systems synchronization and control under communication constraints are applied to the remote state estimation and synchronization for a class of exogenously excited nonlinear Lurie systems. State estimation of the chain of diffusively coupled pendulums over the digital communication channel with limited capacity is experimentally studied. Advantage of the adaptive coding procedure under the conditions of the plant model uncertainty and irregular disturbances is shown. Quality of the estimation is evaluated by means of the experiments with the multi-pendulum set-up. Experimental study of master-slave synchronization over network (local network, wireless network) for the system with two cart-pendulums is presented.     

正交频分复用在水声通信中频率同步的研究

正交频分复用（OFDM）通信系统对频率偏移比较敏感，容易导致系统性能急剧下降。水声通信中存在着严重的多普勒频率偏移，限制了OFDM技术在水下的应用。本文仿真分析了频率偏移对OFDM系统的性能影响，提出了一种适用于水声通信的频率同步方法。本方法不仅可以对固定的频率偏移进行估计，也可以对连续变化的频率偏移进行估计。仿真表明，本方法具有较高的频偏估计精度和大的频偏估计范围。湖试结果也表明，采用这种方法可有效地进行频偏估计。     

可重编程正交频分复用水声调制解调技术进展*

随着海洋探索和军事应用的迫切需求，水声通信需要向高数据率、高可靠性方向发展。正交频分复用技术被视为水声高速通信的新途径，并被成功应用于水声通信，在水声通信中展现了其优越性。高度灵活的自适应平台的发展，激发了可重编程水声调制解调器的发展，以适应不同实验/应用场景的需求。文中从带宽、调制方案、数据率、传输距离、误码率方面，介绍了国内外研究机构对可重编程正交频分复用水声调制解调器研究的进展，并对其中的技术进行概述。最后对可重编程正交频分复用水声调制解调器进行了展望。认为可重编程正交频分复用水声调制解调器需要的是分块接收处理的自适应实时扩展平台，同时也坚信水声网络的发展和需求必将推动智能水声通信的发展。