南中国海“G-Argo”声学浮标目标探测能力分析*

“G-Argo” 水下声学浮标作为一种新型的无动力无人移动观测平台，具备对海上目标广域、长时、隐蔽探测功能，是“透明海洋”工程立体观测系统的重要组成部分。本文通过在现有海洋环境观测浮标平台基础上，进行声学系统电磁兼容性优化设计，减小浮标平台对声学系统的电磁干扰，研制出具有目标探测能力的“G-Argo”水下声学浮标平台。并于2018年5月，在南海海区组织了多台水下声学浮标探测性能验证试验，试验结果表明，深海良好水文条件下，“G-Argo”水下声学浮标对航速10kn的配合试验船目标最远探测距离大于11km，对航速6.4kn的工程船目标最远探测距离大于42.8km，对航速12kn的集装箱船目标最远探测距离大于15.8km，对航速14.5kn的集装箱船目标最远探测距离大于24km。     

基于合作目标的激光水下定位

为了准确获取水下运动目标的运动轨迹，提高测量的数据率，提出了一种基于合作目标的激光水下定位方法。通过在被测目标上加装合作目标，利用合作目标的全反射特性，实现了脉冲式激光水下测角与测距的功能。介绍了激光水下定位的方法和系统组成，给出了水下定位的数学模型及测量结果。模拟实验结果表明，该方法具有一定的工程应用价值。最后，结合工程应用，对激光水下定位需要解决的一些实际问题进行了分析。      

复杂背景下实时运动目标的提取

提出了一种结合帧间减法与背景自适应更新的算法,结合高速图像处理平台,以满足实时运动目标的提取。着眼于算法的高速性并提出一种足够快的方法用于弹道测量系统。用高斯分布建立每个像素的灰度模型,这个分布用来区分前景和背景像素以便用来更新背景模型。实验表明该系统可以满足靶场弹道测量任务实时性的要求,传统大量占用系统资源的算法在该系统中得到改善,大大提高了系统的实时性。     

一个新型的水下实况微光高速电视记录系统

介绍了一个新型的水下实况微光高速电视记录系统在船上或岸上使用该系统的控制系统,可对该系统的水下成像系统进行远程控制,并通过该水下成像系统得到水下运动目标的水下常速电视图像、水下高速电视图像和水下微光高速电视图像该系统的工作水深可达水下50m.     

计算水下凹面目标散射声场的声束弹跳法

为了解决含有多次散射时水下目标声散射场的计算问题,提出了一种声束弹跳方法。把入射声波划分为若干声束,根据几何声学方法计算每条声束在目标表面的反射方向和能量损失,利用物理声学方法计算最后一次反射的声束所对应的面元的散射场,通过计算所有声束产生的散射场的叠加得到整个目标的散射场。计算了直角凹面圆锥体的散射声场,并对具体模型进行了水池测量实验,理论计算和实验测量结果一致。表明该方法作为一种高频近似的数值计算方法,可以计算存在多次散射时水下目标的散射声场。     

用于精密测量的自动变焦系统及标校方法的研究

介绍了变焦距镜头在高速电视测量仪中用于精密测量的控制和标校方法.系统主要采用PC104系统核心模块，运动控制卡，以及步进电机来实现对变焦系统的精确控制，再加上对镜头的精确标校修正镜头自身的系统误差，从而使得基于变焦距镜头的高速电视在用于弹道测量中成为可能，大大提高了靶场测量准确度.     

非同步的多普勒水声跟踪定位原理

提出了一种新的水声跟踪定位方法,它仅测量目标非同步声信标到达各测量基元的接收信号和频率,来对目标声学跟踪定位,称之为非同步多普勒定位方法,本文介绍其原理,处和仿真结果。     

运动声源简正波模型稳相点的射线多普勒近似算法

从航空声源水下声场建模出发,提出了运动声源稳相点的近似算法。由于Hawker给出的运动声源声场简正波模型计算方法不适用于高速运动声源,针对速度相对较大的低空运动声源辐射噪声激发的水下声场建模,采用虚源概念,基于射线声学理论得到近似多普勒频率,结合简正波理论求解稳相点,较好地解决了高速运动声源声场的解算问题。几种波导环境下两种方法数值计算比较结果表明该算法的有效性。     

水下目标激光探测系统中高速信号采集系统的设计

介绍了水下目标激光探测高速数据采集系统设计的技术难点,设计了一种基于高速CMOS模/数转换芯片和高性能StratixⅡFPGA高速数据采集芯片的水下激光信号实时采集与传输系统,信号采集速率可达1GHz。系统的适用性及可靠性在水下目标激光探测试验中得到了验证。     

高精度光电弹道测量系统

 利用光电跟踪系统实时测量导弹类飞行目标已成为靶场测试手段的发展趋势之一,光电跟踪系统需要具备高精度跟踪高速飞行目标、实时输出目标飞行轨迹数据以及目标飞行姿态等实时图像信息。提出一种新型车载光电弹道测量系统,应用高强度轴承改善角位置输出的稳定性;利用再生反馈控制技术抑制跟踪快速目标时产生的滞后误差,提高光电弹道系统的测量精度;将测量数据归一化为垂线测量坐标系中的测量值,以20 ms的刷新率对外输出;提出模拟航路检测方式,可在野外条件下完成对光电设备性能检测,实际稳态跟踪精度可达到0.21 mrad。     

长基线声学定位系统跟踪解算优化方法

针对现有长基线定位解算算法忽略阵型标定误差的问题,本文提出了一种结合声信标的标定误差和测距误差的待定目标解算方法。该方法利用观测数据的先验误差将观测数据连同带求解量一并构建平差解算模型,可以对待定目标位置解算进行优化求解。采用该方法对现有测量船只的跟踪定位实验进行数据处理,得到的跟踪定位轨迹平滑连续,和传统方法相比更接近于GPS输出结果,在深水环境下效果提升明显。理论分析和实验结果表明采用该方法能够获得更优化的位置估计结果及全局误差,能够应用于高精度长基线定位系统中。      

水下声目标的梅尔倒谱系数智能分类方法

传统水下声目标识别分类方法具有较强的人机交互特性，无法满足未来水下无人平台智能识别分类水声目标的需求。针对这一问题，提出了一种基于梅尔倒谱系数（MFCC）的水下声目标智能识别分类方法，该方法通过提取水下声目标梅尔倒谱系数特征，采用长短时记忆网络（LSTM）构建了智能识别分类模型。使用实际水声信号对该方法进行了验证，结果表明，基于梅尔倒谱系数的水下声目标智能识别分类方法能够在不依赖人工提取特征的情况下，对目标噪声进行识别分类，具备智能化识别分类能力。     

Research on the influence and correction method of depth scanning error to the underwater acoustic image measurement

The technology of underwater acoustic image measurement was a passive locating method with high precision in near field.To improve the precision of underwater acoustic image measurement,the influence of the depth scan error was analyzed and the correction method was presented.For a pass array navigation process,when the scan depth was deeper than the real depth of target,the measurement errors could be corrected,and the real depth could be calculated.Otherwise the depth error couldn’t be corrected.The simulations and the experiments were done.The results were satisfying and consistent with the theoretical conclusions.     

时频谱图和数据增强的水声信号深度学习目标识别方法*

水声目标识别一直是水声领域研究的重点问题之一,深度学习方法可以有效地解决目标识别问题,然而,水声样本的稀少限制了该方法的应用。该文 提出一种基于数据增强的水声信号深度学习目标识别方法,该方法以Mel功率谱作为网络的输入特征,通过对原始信号在时域和时频域的拉伸和掩蔽等变换,实现数据扩展和增加泛化性能的目的,最后,利用改进的VGG网络模型实现目标分类。实验结果表明,该文方法得到的水下目标识别准确率(95.2%) 要优于其他4种对比方法,证明了该文提出的网络模型和数据增强方法均有助于提高目标分类性能。     

海洋波导中目标声辐射场的计算方法

针对海洋波导中目标声辐射场的计算问题,提出了一种基于波叠加法并在近、远场采用不同水声传播模型的建模方法,可以将近、远场作为一个统一的系统进行高效地分析。该方法通过给定的已知表面振动速度的结构计算出目标内部虚拟点声源的源强,再配合在相应的水声环境中点声源传播模型的Green函数计算出结构外的声辐射场。以Green函数为纽带,在求源强和计算近场声辐射场时采用镜像虚源法,而在计算远场声辐射场时采用简正波法。通过该方法得到的有限水深波导中声速剖面为正梯度、负梯度、负跃层的3种情况下的脉动球、刚体摆动球的声辐射场计算结果与COMSOL的有限元计算结果进行对比,结果表明了该方法在提高计算效率的同时保证了计算精度。      

基于四水听器的充水弹性管声速测量方法*

实验室中水声材料声学参数的测量主要在水声声管中进行。管内平面波声速是正确测量这些参数的基础。该文提出一种基于四水听器结合不同边界的测量充水弹性管中声速的新方法。该方法利用4个固定位置处的水听器,采用最小二乘的方法,使得两组水听器分别得到的声管末端入射波声压差值的平方最小的声速即为管内平面波声速。该方法利用单频信号,在每一频率点均可测得声速,可以在任一种声管末端边界下进行测量,同时无需知道各水听器到边界的精确距离,在文中的3种边界下声速测量结果具有很好的一致性,实验操作简单、误差很小。该方法的仿真结果与管内声速的理论值吻合得很好,同时实验测量结果与仿真值之间的误差很小,证明了方法的准确性以及鲁棒性,为声管声速测量提供一个很好的思路。     

浅海环境中应答器法测量水下平台声目标强度的理论分析

应答器法是在浅海环境中测量水下运动平台声目标强度的常用方法。根据简正波理论分析浅海点源声场的空间特性,指出不同号简正波之间的相互干涉是导致声场空间起伏的主要原因。对基于应答器法的水平平均测量法(HAM法)进行了理论分析,并提出一种新的浅海环境中水下运动平台目标强度的测量方法,即垂直平均测量法(VAM法)。对比了HAM法和VAM法的有效性、物理意义、试验效率和技术难度,分析表明二者物理意义相同,VAM法比HAM法具有更高的有效性和试验效率,不过其技术难度更大。     

水声测量用声脉冲瞬态抑制方法的研究

脉冲声技术是一种很常用的水声测量技术，但由于脉冲声存在着瞬态过程，严重影响了它在低频下的使用，本文中研究的水声测量用声脉冲瞬态抑制方法，通过瞬态抑制等效消除换能器的瞬态过程，从而为在有限尺寸水域内扩展水声测量低频限创造了条件。     

水下声学滑翔机用于东印度洋声传播特性分析及声源估计

常规实验方法无法同步获取深海大尺度声学和水文数据,水下滑翔机可作为同步观测平台解决该问题.首先利用在东印度洋北部海域水下滑翔机同步获取的声传播和水文实验数据,分析了水下滑翔机的自噪声谱级和实验海区声传播特性,然后推算并修正了滑翔机水下运动轨迹,利用第一影区水下滑翔机接收声传播信号的脉冲多途到达时间差对声源进行测距与定深。潜标接收噪声与滑翔机自噪声谱级对比表明,水下滑翔机在海洋中无动力运动时的系统自噪声接近于潜标观测的海洋环境噪声。滑翔机实测的声传播损失与模型计算结果吻合较好,第一影区水下声源测距定深结果与实际位置较为一致,测距与定深的相对误差均小于5%。利用加载水听器的水下滑翔机可以实现水文环境数据与声学信号的同步观测,对深海声传播特性测量及定位算法研究具有重要意义。      

浅水时变多途信道特性分析与模型实验研究

时变多途水声信道是影响水声通信性能的一个重要因素,深入了解水声信道挣性并对水声信道进行建模具有重要的研究意义。本文在分析传统时变信道模型基础上,从时域角度出发,提出采用AR (ρ)模型对已有的浅水时变多途信道模型中的小尺度衰落分量进行修正。然后基于莲花湖实测信道数据,分析了时变信道各个路径的幅度、时延、时间相干系数、系统传递函数等特性,并对修正模型进行了验证正。从仿真结果来看,修正模型与试验结果拟合的很好。本文从多个方面对水声信道特性进行了分析,有助于对水声信道的深入了解,同时为水声通信系统性能评估提供了一种仿真信道模型。