声呐技术在水下机器人中的应用

自从世界上第一艘水下机器人(又名无人遥控潜水器,于1953年问世后,随着海洋工程、海上石油开采、救助、打捞、水产养殖和海上军事工程等的迫切需要,水下机器人得到迅速的     

AUV双基地合成孔径声呐成像实验*

单基地合成孔径声呐成像通常基于点目标假设,其相干积累处理不能克服分布型目标散射模式的起伏效应。收发异置的双基地声呐可以从不同角度观察目标,充分挖掘目标散射模式的角度依赖特性,在对水下目标(尤其人造目标)检测与定位方面,相对仅仅观测后向散射的单基地声呐有潜在的优势。该文 介绍一种基于自主水下航行器的双基地合成孔径声呐系统,重点介绍湖试成像的结果,验证双基地合成孔径声呐的可行性。同时通过引入目标散射模式建模的宽角度合成孔径声呐处理,实现了对目标探测性能的提升。     

多维波形编码合成孔径声呐技术研究

为了提高测绘效率,提出了两种基于多维波形编码技术的高分辨率宽测绘带合成孔径成像声呐体制,包括使用多发射阵的频分多输入多输出成像方式和方位向波形编码序列的成像方式,并论述了相应的成像处理流程。最后根据高速平台下的成像需求,设计了一种频分双发多收的合成孔径声呐系统,它可以将原有的单发多收系统的测绘效率提高一倍。考虑到水声信号的随机起伏性,利用已有的单发多收系统的实测数据,对多维波形编码技术在水声领域的可行性进行了实际验证。成像结果表明,经水底散射后的相邻频带的回波信号的空间相关性可以满足双发多收体制的合成孔径声呐的成像要求。     

声呐信号测向技术仿真研究及实现

方位估计是声呐信号处理中的一个核心问题，本文基于分裂波束原理，针对声呐系统中常用的单频ＣＷ信号和双曲调频ＨＦＭ信号，给出ＣＷ信号的互谱法法定向和ＨＦＭ信号的正交相关法定向的方法，计算机仿真实验分析了本文方法的精确性。     

齿鲸生物声呐目标探测研究综述

齿鲸依靠其天然的声呐系统进行水下目标探测. 齿鲸通过前额的声发射系统发出超声脉冲, 经声阻抗各异的声学结构调控形成波束, 作用于目标, 利用下颌区域的多相声接收通道接收目标回波. 齿鲸通过分析目标回波中蕴含的时域、频域与能量等多维度信息, 并进行非线性组合, 实现目标探测与辨别. 齿鲸目标探测过程蕴藏复杂的物理机理. ...     

一种主从式数字处理系统及其在声呐设备中的应用

本文给出一种由ＰＣ？ＡＴ和ＴＭＳ３２０Ｃ２５－ＤＳＰ组成的主从式数字处理系统，介绍了其在声呐设备检查测试中的几个典型应用。     

点云投影结合轻量化卷积神经网络实现三维成像声呐快速目标分类*

三维成像声呐的成像结果是三维点云,基于点云的三维成像声呐目标分类方法具有网络结构复杂,计算量大的特点,针对这一问题本文提出了一种将三维成像声呐成像结果从三维点云投影至二维图像的方法,并且使用轻量化卷积神经网络实现了三维成像声呐快速目标分类。该方法首先对三维成像声呐波束形成后的波束域数据进行最大值滤波和阈值滤波,降低点云数据维度;接着,依据三维成像声呐的波束方向,将点云投影为深度图和强度图,分别保存点云的位置信息和强度信息;然后,利用深度图和强度图分别作为第一个通道和第二个通道构建混合通道图,将混合通道图作为目标分类网络的输入,从而将三维点云的目标分类问题转换为二维图像的目标分类问题;最后使用MobileNetV2网络实现了三维成像声呐快速目标分类。实验结果表明,通过本文提出的投影方法可以用二维图像分类网络完成三维成像声呐点云的目标分类任务;而且混合通道图比单独的强度图和深度图收敛速度更快,结合目标识别网络可以25fps实时的进行目标分类,在真实数据集上分类精度达到了91.13%。     

主动声呐检测信息原理

欣悉近来出版了几部我国自己专家撰写的声学方面书籍,这些是乘改革之风绽开的一朵朵瑰丽的新葩,值得庆贺. 这几部书籍从不同的角度反映了我国声学事业的发展与成就.从理论、实验到应用皆论述详实,深入浅出.声学领域内和关心声学的读者可从中受益;它们对我国声学工作的开展将起到推动作用.为此本编辑部特地约请有关学者组写了这批书评,下面谨以书籍出版肘间为序向读者推荐. 为繁荣祖国的声学事业,我们热忱欢迎作者和读者就国内外有关声学、声学应用的新书,向我刊及时介绍.     

水下爆炸声源辅助声呐系统的目标定位和参数估计

系统阐述了利用水下爆炸声源作为发射声源,辅助声呐系统实现水下目标定位和目标方位、距离参数估计的方法。研究了目标散射信号的窄波束混响模型,以及混响背景下的目标方位参数的估计方法。对目标参数估计误差进行研究,证明方位参数、距离参数的估计误差近似满足高斯分布,并推导了距离参数估计误差方差的表达式。利用仿真实验对目标距离参数估计误差及其标准差进行研究,得出了一系列提高距离参数估计精度的措施。仿真和湖试数据处理结果显示,在存在一定爆炸声源距离误差的条件下,本文方法可实现对远距离水下目标的准确定位。     

基于成像声呐DIDSON的水域内鱼群数量估计方法*

为准确估计整片水域中的鱼群数量,提出一种利用成像声呐进行数量估计的方法。将成像声呐固定在调查船下,并使波束发射方向与船前进方向一致,通过走航调查方式采集水下信息,对采集的数据进行声呐图像构建、噪声去除、目标提取,其中噪声去除采用固定数据窗口的迭代最小二乘法,目标提取采用基于三倍标准差准则的阈值分割法。接着利用扩展卡尔曼滤波结合最近邻的多目标跟踪算法对图像中的个体目标进行一一计数,同时统计声呐扫描过的水域面积,获得目标个数的平均面密度值,最后结合水域占地面积,估算出整片水域中的鱼群数量。利用该方法实现对滴水湖鱼群数量的估计,通过与人工计数结果比较,发现基于声呐图像处理的数量统计方法具有较高精度,两者的统计值相差约10%。     

阵不变量匹配主动声呐目标深度辨识

水面/水下目标深度辨识可以在主动声呐探测过程中快速筛选感兴趣目标。根据目标多径返回信号到达时间与目标深度的关联性,该文提出了基于水平线阵的主动脉冲响应匹配目标深度辨识方法,该方法利用主动信号传播特性结合阵不变量理论提取脉冲响应,并与拷贝声场匹配实现目标深度估计。在校正了目标多径回波的方位变化后,该方法提取的时域特征较为稳定,并且只在时延估计距离处进行深度搜索。通过水平阵收集的宽带实验数据,在连续的多次回波中实现了对水面/水下目标92%的辨识成功率,验证了该方法在浅海环境下的目标深度估计能力。     

主动声呐信息过程的实验研究——声呐信号综合分析仪在信道研究和声呐设计中的应用

本文介绍声呐信号综合分析仪(简称SZY)在主动声呐信道特性的实时测量和声呐设计中的应用原理和方法,并给出部分实验结果.内容包括:1.声呐信号分析:相关、模糊度和谱以及随机数据的统计测量;2.主动声呐信道(水声传输信道、目标散射和混响)特性的测量:时变谱和时变相关、时空相干性和散射函数;3.声呐检测和最佳设计:定位、跟踪、波形设计和信道匹配.     

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。     

低信噪比条件下多节点声呐目标跟踪算法*

低信噪比条件下,单个主动或单个被动声呐节点难以实现目标跟踪。多节点声呐系统希望通过增加探测节点提高系统探测能力,但其性能提高与否取决于选择合适的数据融合算法。本文利用双节点声呐试验数据研究低信噪比条件下的目标跟踪方法,采用“结合置信度水平的表决融合”算法对多个探测节点得到的数据进行融合,既考虑了目标回波信号的信噪比特性,又考虑了目标运动的连续性特征,还考虑了各节点探测结果的决策优化,最终实现较高精度的目标跟踪。算法实现了数据级、特征级和决策级的统一、融合,通过对判决依据进行量化、分层,简化判决的复杂性。试验数据处理结果表明,该方法能较好地解决低信噪比条件下多节点声呐目标跟踪问题,目标跟踪精度较高。     

光致声波及其应用

着重讨论了光致声波的四种机理：电致伸缩机理、热膨胀机理、汽化有理和光击穿机理。概略地介绍了光致声波的检测方法和可能应用于材料的无损评价和介质中某些参数的测量以及海洋中的声探测等领域。由于光致声波具有非接触的特点，可应用于一些特殊环境而更具有广阔的发展前景。最后提出了迫切需要研究解决的光声转换效率和检测器件灵敏度的问题。     

水下高分辨率声图中小目标的深度网络分类方法

针对声成像数据缺少条件下的水下沉底小目标分类问题,提出一种深度网络分类算法。首先,采用高斯混合模型对声影区统计特性进行建模并提取声图阴影,在此基础上构建仿真数据集和真实数据集。将仿真数据集输入卷积神经网络进行训练,保留其特征提取部分,用于对真实数据集进行特征提取.重建网络分类部分并采用真实数据集的特征向量进行训练。结果表明,所提出的方法分类正确率可达88.24%,与6种对照方法相比平均分类正确率分别提升8.67%,20.47%,19.78%,11.59%,9.01%,11.58%。验证了所提出方法在小样本条件下具有较好对水下沉底小目标的分类能力。其学习曲线收敛到96.25%,仅比验证曲线高5.14%,说明在一定程度上缓解了过拟合问题。将改进的卷积神经网络应用于融合分类器,通过与逻辑回归分类器、支持向量机对目标进行分类并融合决策,正确率为93.33%,可进一步提高算法的正确率和稳定性.     

浅海动态环境下蛙人探测声呐布放深度优化技术

蛙人探测声呐的探测性能及作用距离不仅与目标海区的声速剖面和自身性能参数有关,还与其布放深度有关,其布放深度的选择对于水下目标探测具有重要意义。以射线跟踪理论为基础,建立了基于探测概率感知的声呐性能评估模型;提出了一种声呐布放深度自适应优化算法,该算法以不同准则进行两次筛选优化后可得到声呐最佳布放深度。仿真结果表明：在不同水文情况下,所提优化算法可以有效选择最优布放深度,进而提高声呐对目标的探测性能。     

声纳技术的应用及其最新进展

声纳技术是声学检测新技术在水下介质中的具体应用,文章简要阐述了声纳技术的原理,方法及其发展历史,介绍了声纳技术在军事和非军事方面的主要应用及其最新进展。     

浅谈声纳

随着科学技术的发展,电磁波已被广泛用来进行远距离信息传输与遥感、遥测．然而,最强的电磁波与激光束也很难穿透几百米深的海水．但海洋是声波良好的传导媒介,于是声纳应运而生．声纳是利用水中声波进行深测、定位和通信的电子设备．由于其原理与雷达相似,所以又称声波雷达．     

基于IEEE 1588的多基地声呐湿端时钟同步技术研究

多基地声呐技术将会在未来发挥越来越重要的作用;而基于以太网的声呐湿端数据采集与传输系统在多基地声呐应用中对时间同步技术提出了更高的要求和挑战;文章提出了基于IEEE1588 v2标准的精确时间同步协议方案,并用支持IEEE1588的以太网交换机和PHY芯片实现了多基地声呐设备间的同步;测试结果表明,同步精度达到了亚微秒级别。