像素重要性测量特征下的侧扫声呐目标检测

研究了在较低信噪比下,在保证检测概率的前提下尽量降低虚警概率的目标检测,提出了一种针对特定目标的两阶段筛选算法.第一阶段中,首先使用阈值分割出有效点,并定义了一种新的像素重要性测量特征用于初步筛选目标。即通过有效像素点之间的距离来赋以高斯分布的权值,当前像素重要性的值定义为剩余有效点的距离加权和,具有较高的像素重要性值的聚集性强的区域内像素点会被定位出来。第二阶段,使用卷积神经网络分类器排除虚假目标.在实验中,使用近期无人潜器获得的海底数据,召回率与虚警概率分别达到90.39%与2.39%,证明了其相比声呐目标检测主流算法有更好的检测能力。     

基于时延和相位估计的合成孔径声呐运动补偿研究

合成孔径声呐成象的难点之一在于孔径上载体的运动不稳定性影响了合成孔径上水听器接收的信号的相干性,其结果将导致图像的畸变和分辨率的降低。首先讨论了运动误差对合成孔径声呐(SAS)成像的影响及运动补偿的必要性。在分析位移相位中心运动补偿法的基础上,提出了一种改进算法。该方法首先估计时延,然后再对剩余误差进行相位估计,从而扩大了算法适用的运动误差范围。文中给出了利用该方法的计算机仿真结果和部分水池实验结果,从结果可以看出,该方法有效地修正了在合成孔径上由于介质和载体不稳定带来的不相干性,提高了成像的质量。     

利用侧扫声呐观察和测量河床推移质的运动

利用侧扫声呐技术，观测推移质输沙的形式之一即沙波的输沙现象，可以同时确定推移质的输移量和观察其运动过程，是一种研究推移质运动的经济而有效的新方法．     

改进次最佳检测在侧扫声呐底混响抑制中的应用*

侧扫声呐进行沉底小目标探测时,底混响是主要背景干扰。底混响通常是一种非平稳、非高斯的带限噪声,它使得白噪声条件下的滤波器性能受到限制。在混响背景下常利用自回归模型对接收信号进预行白化处理,但对于实际侧扫声呐应用,白化后直接匹配滤波的处理效果不甚理想。针对此问题,在自回归模型预白化的基础上,提出采用一种次最佳检测与多分辨二分奇异值分解相结合的改进方法。该方法首先对接收信号进行分段处理,利用改进Burg算法估计每段数据自回归模型的系数及阶数;然后构造白化滤波器对分段数据预白化,并对白化后的数据进行多分辨二分奇异值分解;最后应用ostu方法对原始声图和处理后的声图进行目标检测。仿真与实验结果表明,该方法明显提高了信混比,改善了侧扫声呐沉底静态小目标的成图质量,有利于后期实现基于图像的目标自动检测。     

用于浅海有源声呐目标深度估计的匹配相位处理EI北大核心CSCD

针对浅海波导中有源声呐目标深度估计问题,提出了通过单个声源发射低频宽带信号,垂直双接收水听器接收目标回波,利用宽带目标回波比值的相位特征进行匹配相位处理的方法,不仅消除了目标散射特性对有源声呐目标深度估计的影响,而且仅需计算单程的信道传递函数,运算量小,有利于实时处理的实现需求。首先通过理论推导,定义了一个隐含目标深度、且与目标散射特性无关的声场特征——单程传播向量宽带干涉结构,在Pekeris波导条件下仿真分析了简正波阶数与单程传播向量宽带干涉结构的幅度和相位的关系,发现选取较多的简正波阶数贡献的单程传播向量宽带干涉结构进行匹配相位处理可以提高目标深度估计的性能。进一步仿真分析表明,在发射信号选取一定的时间长度和带宽的条件下,利用全部阶简正波且信噪比大于-10 dB时,方法的深度估计误差在5 m之内。最后分析了信号时间长度和处理带宽对有源声呐目标深度估计性能的影响,以及海底声速、海深和声速剖面失配时方法的鲁棒性。     

第七讲 侧扫声纳

侧扫声纳是探测海底地形地貌的重要工具,计算机技术的广泛应用极大地促进了侧扫声纳的发展.文章介绍了侧扫声纳的发展过程、典型应用、工作原理、声图成像特征及发展趋势.     

广义相位谱延时估计

两个或多个接收信号之间的延时估计问题在很多工程应用中具有极其重要的意义。本文提出了广义相位谱延时估计这一概念,推导了它的方差,阐明了它与广义互相关延时估计之间的关系。本文提出了一种次最佳的幅度平方加权的广义相位谱延时估计方法,理论计算和计算机模拟实验结果表明,在所提出的多途信号模型条件下,幅度平方加权延时估计的性能优于Picrsol提出的相位参数延时估计性能。广义相位谱延时估计在工程实践上具有充分有效地利用FFT大规模集成电路新技术,减少计算量和简比设备的优点。     

基于矢量化差分相位的单分布源解耦二维波达方向估计

在分布源(包括相干分布源和非相干分布源)的二维波达方向估计中,均匀圆阵由于可实现全方位测角、具有较高的分辨率,得到了广泛的应用,然而现有的估计算法均需要谱峰搜索和特征值分解,复杂度较高.针对此问题,考虑单个相干分布源或非相干分布源入射两种情况,提出了一种基于矢量化差分相位的解耦二维波达方向快速估计算法.该算法首先基于空间频率近似模型,证明了任意单个分布源入射时,均匀圆阵中不同阵元接收信号间的差分相位均不受角度扩展参数的影响;基于此特性,通过获取差分相位即可实现中心波达角的解耦合;接下来,提取采样协方差矩阵的严格上三角元素相位,即对应于各阵元间的差分相位,并进行矢量化处理,最终将波达方向估计问题转化为一个最小二乘问题,从而直接得到闭式解,避免了谱峰搜索和特征值分解运算,大幅度降低了复杂度.理论分析和仿真实验表明,所提算法具有较高的估计精度,并且无需角信号分布的先验信息,同时具备较低的计算复杂度和硬件复杂度,有利于复杂环境下阵列测向等工程实践.     

数字声呐系统的差分相关内插精确定向

本文讨论数字声呐系统多目标实时跟踪的核心问题,即精确定向问题。在对差分相关波束特性分析的基础上,建立了应用相邻两个差分相关波束定向的方法——差分相关内插定向方法。文中给出了极为简单的内插公式,计算分析了应用本方法的定向性能。     

Burst模式在多波束声呐高帧率测深方法中的应用

在常规多波束测深声呐系统中,需要等待远距离目标信号到达接收基阵后才能再次发射探测信号,这将导致测深帧率下降。针对该问题,本文提出了一种基于Burst模式的多波束声呐高帧率测深方法。由于各角度的海底回波持续时间远小于远距离目标信号到达接收基阵的所需时间,根据这一特性我们采用Burst模式,通过等间隔地发射多帧信号并接收,同时保证发射的间隔大于最大波束持续时间,实现多帧信号在时间角度域中的分离,提高测深系统帧率。由于相邻帧的隧道效应会与部分波束发生重叠,针对该问题采用改进的线性约束最小方差算法,实现了低副瓣宽零陷的波束形成,从而削弱隧道效应的影响。最后通过仿真数据验证了本文所提方法的有效性,表明该方法在特定条件下能够将测深帧率提高3.3倍。     

侧扫声纳图像实时增强技术

本文从声纳原理和测量实践出发，针对海底图像实时判读问题，首次将负反馈分析理论引入海底图像处理，论述了海底声纳图像快速增强处理方法，探讨了数据采集实时性、图像处理复杂性、外业环境干扰强等矛盾的解决方法，实现了实时多色调海底声纳图像快速增强显示，首次提出侧扫声纳图像镶嵌必须考虑增益因素。实验结果表明：海底图像满足野外环境下的声纳作业要求，声纳数据符合目标信号、系统增益控制和目标判读三个层面的要求。     

基于深度相位估计网络的涡旋光束相位校正

大气湍流会引起涡旋光束（VB）的相位畸变和模态扩散,造成湍流介质中通信性能下降。提出基于深度相位估计网络的拉盖尔-高斯（LG）光束相位补偿方法,以提高模态检测准确度,即通信的可靠性。分别利用使用和不使用高斯光作为探测光束两种方案进行学习,在光强图像与大气湍流引起的扰动相位之间建立映射关系,在接收端依据接收到的光强图像,预测湍流引起的扰动相位并进行相位校正。结果表明,所提深度网络能够较准确地实现相位预测,经补偿后,光束模态纯度达到95%以上,补偿后光强图像与发送端光强图像之间的均方误差明显减小。     

相关测速声呐阵元坐标估计算法研究

针对相关声呐接收阵元实际坐标与设计坐标不一致引起的测速误差,提出阵元坐标估计算法,以提高相关声呐的测速准确度。基于混响时空相关函数模型,对相关测速声呐时空相关函数特性进行了理论分析,提出了选择用延时0处的数据空间相关函数与理论空间相关函数进行阵元坐标估计的局域最小二乘拟合算法,并采用序列二次规划法解决了阵元坐标估计算法的最优化问题。海上试验数据的处理结果表明,该算法可以对阵元坐标进行有效估计,使用估计的阵元坐标后,相关测速声呐测速准确度提高了67%。     

适用于声呐阵形估计的姿态传感器网络设计

设计了一种基于姿态传感器网络的声呐阵形估计系统,给出了系统设计的整体方案并对系统的软硬件设计进行了论述。实验结果证明了该设计的可行性。     

有源声呐中的改进加权自适应高分辨距离估计方法

为提高有源声呐对目标回波亮点的距离分辨能力,提出了一种改进加权自适应高分辨距离估计方法,所提方法功率谱中的权值矩阵可采用3种形式:第1个元素为残差平方和其余为0的对角阵、单位阵、残差平方和构成对角阵,采用不同参考子带高阶线性预测的调和平均构造功率谱表达式,避免了距离维自适应方法功率谱中的低阶线性预测。通过数值仿真和水池试验对所提方法与距离维自适应方法进行了比较研究,结果表明所提方法在接近的计算量下获得较优的距离分辨能力。     

自动补偿高效的差分相位编码QKD系统

提出一种自动补偿高效实用的改进型差分相位编码量子密钥分发方案.在Alice端采用偏振型强度调制器对连续激光进行调制，产生任意个相干脉冲进行差分相位调制编码；在Bob端采用双FM干涉仪代替传统的M-Z干涉仪，自动补偿了环境引起的偏振抖动，提高了系统的干涉稳定度.简化了系统的结构，提高了密钥生成效率，增强了系统的安全性.在实验上实现了稳定的80km量子密钥分配，误码率<4%. 关键词： 量子保密通信 量子密钥分发 差分相位编码 偏振型强度调制器     

噪声抵消法估计和抑制声呐部位主要自噪声

本文采用修正格型过滤自适应噪声抵消方法，成功地抑制艇艄声呐部位自噪声中的螺旋桨噪声成分等，抑制效果达４０ｄＢ以上。所采用的经改进后的ＬＳＬ算法收敛速度快，精度高，具有宽带抑噪性能。利用上述噪声抵消系统（软件）分析、判别了各噪声源对艇艏声呐部位声场的贡献，在确定主要噪声源方面，获得比较满意的结果。     

用多子阵空间互相关矩阵估计合成孔径声呐基阵速度

受接收子阵长度的影响,单纯依靠重叠相位中心的合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)基阵速度估计方法的精度较低。为此,提出一种利用多子阵空间互相关矩阵的方法以提高速度估计精度。通过SAS多子阵回波数据构造空间互相关矩阵(Spatial Mutual Correlation Matrix,SMCM),利用Radon变换和SMCM系数分布精确估计重叠相位中心对直线(Line of Displaced Phase Center Pairs,LDPCP)参数,并利用重叠相位中心对速度关系式估计SAS基阵速度。对高低频SAS试验数据应用的结果表明:该方法可有效地消除接收子阵长度的影响,将基阵速度估计的精度提高3~5倍,满足高频和低频SAS系统成像的要求。     

基于微弱相干脉冲稳定差分相位量子密钥分发

基于差分相位量子密钥分发协议，对微弱相干光脉冲相位差进行编码，在接收端采用Faraday-Michelson系统进行解码.这种量子密钥分发系统具有密钥生成效率高、接收端干涉稳定性好、极限传输距离长等优点，同时还具有光路结构简单、易于在现有的技术条件下实现等特点，特别适用于远程光纤量子密钥分发.在实验系统中利用嵌入式微处理系统来控制量子密钥分发过程，进行了76 km的稳定光纤量子密钥分发实验，其原始密钥的误码率为5.3%. 关键词： 分相位 量子密钥分发 安全性 稳定性