基于Gamma-Gamma湍流信道下的卷积码性能研究

为了研究不同码型的卷积码在水下湍流信道中的误码率(BER)性能,采用接受-拒绝采样模拟湍流信道乘性干扰,并选择二进制相移键控(BPSK)调制方式,建立Gamma-Gamma湍流信道通信系统仿真模型。仿真结果表明：在不同强度的湍流信道中,采用卷积码编码均能提升系统的BER性能;卷积码的码率越小,系统BER性能提升越显著;随着信噪比(SNR)增大,记忆深度越长,系统BER下降速度越快;采用软译码比采用硬译码时增益至少提升2.82 d B;卷积码的解码不仅受当前信息的影响,还与之前的码元信息有关。     

一种基于序贯估计的直达声区水面舰船 被动测距方法 *

该文利用基于射线的盲解卷积方法,从直达声区的水面舰船噪声中提取出船和锚系于海底的垂直接收阵之间的时域信道响应,并利用直达波在不同阵元相对于参考阵元的到达时间差,通过序贯方法,利用射线模型和声速剖面信息,对水面舰船距接收阵的距离进行了估计。通过处理海深约为580 m的2016年美国圣巴巴拉海峡的实验数据,对1.6~3.5 km直达声区范围内Anna Maersk商船与垂直阵之间的距离进行了估计,验证了测距方法的有效性,并将结果与系统测量值和几何方法的估计值进行了比较。由于该方法不需要对海底参数进行估计,所以在海底参数未知时要优于传统匹配场方法;在声速剖面存在跃层且海底为多层分布的复杂信道条件下,该方法仍能对距离进行有效估计,且与测量值的相对误差在6%以内,小于几何方法的估计误差,测距结果精度较高。     

超空泡射弹水下侵彻靶板三相耦合数值模拟

超空泡射弹侵彻问题的实质是特殊水下结构受到高速冲击载荷作用下的动态响应。对12.7 mm口径超空泡射弹侵彻典型水下目标壳体的毁伤效果开展研究,基于LS-DYNA有限元分析软件建立水环境中超空泡射弹垂直侵彻曲面靶板的等效模型,探讨射弹侵彻过程中动能侵彻和气泡溃灭对靶板联合毁伤效果,获得了靶板在各阶段的应力变化和结构变形规律。结果表明:侵彻靶板前,射弹着靶速度为200 m/s时的头部表面水介质压力峰值达768 N,靶板表面有明显下凹变形;侵彻靶板时,伴随着射弹动能侵彻和气泡溃灭冲击,水介质造成的影响不足动能侵彻的2%;侵彻靶板后,在靶板正面形成峰值速度为42 m/s的水射流进一步作用于破口;靶板整体弯曲变形,在200~300 m/s范围内,随着射弹着靶速度的增加,靶板弯曲形变量减小;靶板局部发生延性穿孔,射弹在水环境中具有更好的破口效果,射弹速度变化对破口尺寸影响不大。     

状态变换扩展卡尔曼平滑算法在AUV水下航迹修正中的应用

水下自主潜航器(AUV)在水下勘测过程中常采用定期上浮的方式利用卫星定位信息(GNSS)校正惯性/多普勒测速仪(SINS/DVL)组合导航造成的位置误差,并通过平滑算法校正之前计算的水下航迹。针对AUV上浮前的水下航迹矫正问题,提出一种基于计算地理坐标系的状态变换扩展卡尔曼平滑算法(STEKF-RTS)。首先推导状态变换扩展卡尔曼滤波器的系统误差状态方程,并分别以GNSS信息和DVL速度为观测信息构建量测方程,以此系统模型进行前向滤波。完成前向滤波后,即潜航器上浮GNSS校正完成后,采用RTS平滑算法对水下航行阶段的航迹进行修正。实验结果表明,STEKF相较于EKF能减缓位置误差积累,STEKF-RTS相比EKF-RTS平滑算法能够进一步有效校正航线误差,1 h上浮时间间隔情况下,勘测航迹精度可控制在0.5%D以内。     

基于色彩衰减补偿和Retinex的水下图像增强

针对水下图像存在的色偏、雾状模糊、低曝光和非均匀光照问题, 提出一种基于色彩衰减补偿和Retinex的水下图像增强算法. 首先, 为校正水下图像的色偏, 利用水体对不同波长光线衰减不一致的特性自适应地补偿其R、G、B通道. 然后, 使用基于多尺度导向滤波的Retinex去除雾状模糊, 增强对比度. 最后, 根据水下图像和自然图像的直方图分布特征对其进行归一化处理, 从而在保存图像主要信息的前提下增强其纹理和曝光. 实验结果表明, 该算法不但具有较优的视觉感知效果, 而且具有较高的图像质量评价分数. 该算法具有较强的适应性, 有助于计算机视觉算法在水下的应用.     

基于EKF的水下LD通信精对准控制算法

高速激光通信中接收机与光斑中心很难处于精对准状态,导致水下光通信链路难以稳定建立.首先采用蒙特卡洛仿真统计法分析激光光子在海水中传输的接收光强分布规律,再通过实验对接收端的光斑图像进行采样分析,利用曲线拟合得到接收器位置与接收光强的关系.仿真与实验结果表明:光束经过25 m的水下传输,接收光强分布仍近似为高斯分布.采用非线性估计算法(扩展卡尔曼滤波)与基本状态控制反馈理论,根据接收光强度估计接收器当前位置与最大光强处的距离,通过反馈算法实现接收端与光斑中心的主动跟踪对准.算法仿真结果显示,接收端对准误差在2 mm以下,稳定后接收效率超过98%.     

柱状含铝炸药水下爆炸近场的特征线法研究

基于之前提出的一种含熵变项的特征线法,通过控制非等熵流中的能量释放来刻画铝粉燃烧的影响,结合简单Chapman-Jouguet模型和JWL-Miller状态方程,计算了柱形含铝炸药水下爆炸的近场参数。对比模拟结果与实验数据,发现这种特征线法可以较好地预测近场冲击波的传播迹线、爆轰产物的膨胀轨迹以及内部压缩波的反射过程。结果表明,这种特征线法可用于含铝炸药水下爆炸的近场计算,进一步可用于评估含铝炸药性能或计算水下能量输出。     

组合阵列相干声源激发局部大气不均匀体分布特性研究

声波作为具有能量的机械波,在传播过程中与大气相互作用,扰动大气湍流的时空分布特性。本文基于声波的波动方程和叠加原理,结合大气折射率与大气物理参数的关系式,通过理论建模和仿真模拟,数值分析了基于单个点阵列相干声源的五种不同类型组合阵列相干声源模型激发的人工折射率不均匀体分布情况。结果表明：组合阵列声源在局部空间平面上激发的不均匀体分布特征受阵列声源的数量和分布位置共同影响,组合阵列模型内部声源个数越多,激发出的人工不均匀体的数量级以及起伏更大,同时声波之间的干涉条纹也更加的明显。本文为生成或抑制湍流效应提供了新思路,数值计算结果可为光工程选择合适的声源模型提供依据。     

基于DFI一体化网络的水下抗干扰目标跟踪方法

由于水下环境的特殊性,水下机器人容易受水流、可见光反射、遮挡等复杂水下环境影响,从而干扰目标检测器的性能,进而使跟踪算法效果下降,影响跟踪效果。针对这一问题,提出了一种基于目标检测特征提取一体化网络（DFINetwork）的水下抗干扰目标跟踪方法。在传统YOLOv3检测网络基础上,设计了特征提取网络,通过卷积和最大池化运算,输出目标特征信息,并将状态向量维度扩充为10维,同时针对扩维状态向量,构造了扩维滤波器,进而通过后续匹配、跟踪控制等步骤,实现了水下机器人在干扰环境下的目标跟踪。使用标注的水下目标跟踪数据集对所提算法进行测试,并与YOLOv3算法进行对比验证。测试结果表明,与原版YOLOv3算法对比,所提出的算法以2FPS的较小帧率损失,将跟踪精度提高了30%以上。