三型高频声呐的关键技术与发展趋势

针对高频声呐在水下安保中的应用,介绍了反蛙人技术、图像声呐技术和浅水多波束声呐技术,并指出这三种声呐的关键技术及未来的发展趋势。     

水下蛙人呼吸声Mel倒谱特征的实验研究

为提高水下蛙人呼吸声识别的准确度,提出一种基于Mel频率倒谱系数(Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC)的蛙人呼吸声信号特征匹配方法。计算呼吸声信号之间、信号与环境噪声及舰船辐射噪声的MFCC夹角和MFCC距离并进行匹配比较,以进行分类识别。某湖试验数据的处理结果表明:蛙人呼吸声与舰船辐射噪声及环境噪声的MFCC参数有着明显的差异,能够对蛙人呼吸声信号与干扰噪声进行区分,证明了基于MFCC特征算法的有效性,对发展港口、码头等近海海域附近的水下蛙人探测声呐和预警系统具有实际意义。     

某型蛙人运载器辐射噪声测量与特征分析

蛙人是港口和水下设施的重要威胁，蛙人运载器产生的辐射噪声是对依靠运载器执行任务的水下蛙人实施警戒探测的重要依据，目前利用声学系统被动探测是发现水下蛙人的有效手段之一。文章针对某型蛙人运载器的实际探测问题设计了声学测量实验，实验包括消声水池测量和海上测量两部分，目的是获取蛙人运载器的有效声学特征，包括声源级、指向性、功率谱、LOFAR谱和DEMON谱等，获得有效的轴频、叶频及其各次谐波簇。在实验测量的基础上，系统分析了某型蛙人运载器辐射噪声的典型时频变化特征，为水下蛙人运载器的警戒探测提供实测数据支撑。     

蛙人水下语音通信技术研究现状和展望

蛙人水下语音通信机是蛙人进行水下行动和作业必不可少的装备,在军事和民用等领域受到越来越多的关注。首先介绍了国内外蛙人水下语音通信机产品和技术的研究现状和成果,然后对蛙人水下语音通信机领域发展面临的关键问题进行了详细讨论。指出了越来越多的基于数字信号处理技术的调制解调技术被运用到蛙人水下语音通信领域中,可有效降低水下蛙人语音使用中多途效应和海洋环境噪声等干扰因素,提高通话质量,并已成为主要的研究方向;在结构方面,蛙人水下语音通信机由分体式、大体积向模块化、小型化、低功耗和一体式转变,这也成为未来发展的趋势。     

一种基于声呐信息融合的水下图像增强方法

由于光在水中传输时的衰减和散射效应,使得光学成像细节丢失、对比度下降以及颜色偏移失真,导致水下图像雾化。因此在光线条件较为恶劣情况下,水下高性能相机对目标的有效捕捉范围较小,水下光学成像系统通常很难达到令人满意的成像效果。而声呐利用声波在水中传播衰减较小的特点可以进行更远距离的探测。因此,当水下目标距离光学探测设备较远而不能进行准确光学成像来捕捉目标时,可利用声呐采集得到的信息与光学图像进行融合,实现图像增强,提高成像效果。文章提出了一种基于声呐信息融合的水下图像增强方法,首先对水下光学图像分两步进行预处理,即基于暗通道先验模型的去雾增强和自适应图像增强,再使用声呐信息对水下图像进行局部增强,明显提高水下环境中所要探测目标的对比度与可识别度。     

多波束与侧扫声呐在水下探测中的应用

多波束探测与侧扫声呐扫测作为水下障碍物探测的2种常用技术手段各有优势。就多波束探测技术而言,其优势在于通过获得精确的水深数据,实现水下障碍物的精准定位。侧扫声呐在大范围快速获取地貌性质、形状判断中优势更显著。基于此,该文以某水库救援项目为研究案例,对水下障碍物侧扫声呐扫测和多波束探测的具体应用过程进行分析。结合这2种技术对水下地形环境、水下地貌进行描绘,可以实现高效互补,从而获得精确的水下地形数据和水底地貌影像。     

AN/BSY-1潜艇综合作战系统

BSY-1潜艇作战系统通过综合导航,声呐和武器系统数据.大大提高了潜艇水下目标探测,分类(识别),定位以及作战控制和武器使用能力,并在美海军潜艇上首先把声呐和火控系统综合在一起。它包括有主动声呐、被动旁侧阵声呐,被动拖线阵声呐、探雷/避撞冰下导航声,内以及作战控制系统(CCS),是一套规模大,技术先进的综合系统。     

基于粒子群最小二乘支持向量机的前视声呐目标识别

随着声成像技术的日益发展和广泛应用,利用图像声呐进行水下目标识别逐渐成为水声探测领域的重要研究方向之一。根据前视声呐图像的特性,提出了一种水下目标识别的方法。对声呐图像进行去噪和增强处理并分割图像,来获取目标所在区域、提取目标的区域形状特征;利用粒子群算法优化最小二乘支持向量机的正则化参数和核参数,构造出高性能的多分类器;输入待识别目标的特征实现分类。实验表明:优化后的最小二乘支持向量机能够准确、有效地识别出水下目标,并且具有较高的精度。     

COTS技术在声呐装备中的应用

采用商业货架产品(Commercial-Off-The-Shelf,COTS)技术可使声呐系统具有更强的信号处理能力,有效降低声呐研制与更新成本,缩短声呐研制周期。分析了国外先进声呐系统上采用的COTS软硬件技术,对COTS技术在声呐系统中的应用前景进行了分析和展望,提出了我国声呐系统中COTS技术的重点研究方向,以加快发展拥有自主知识产权的COTS软硬件技术,提高我国海军声呐装备水平。     

三维成像声呐图像重建研究

针对成像声呐领域中水下目标探测、识别等问题,基于三维探测声呐2304通道波束形成数据,研究三维成像声呐可视化方法,仿真了三维点云重构算法,并根据实际应用需求,在设备实现中改进了算法,使其在实际环境中可动态调节阈值,优化成像效果。水池、湖试实验表明:以该可视化方法为基础的三维探测声呐可正确显示目标位置、形态;且在混响环境中对复杂探测目标有良好的重构效果;同时通过与二维声呐图像对比,进一步验证了该三维声呐在轮廓识别方面的优越性。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法。首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰。声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采用Radon恒虚警率(Radon Constant False Alarm Rate,Radon-CFAR)检测声呐历程累积图像中的目标短时运动轨迹,能够检测到低信噪比的目标。分析了空时归一化处理和检测算法的性能,并通过海试数据验证了该算法的有效性,可以检测到低信噪比的蛙人目标回波。     

基于声呐历程累积图像的弱回波目标检测方法

针对浅海随机噪声与混响背景下蛙人等弱回波强度、慢速小目标的检测问题,提出一种基于声呐历程累积图像的目标检测方法.首先根据声呐图像时域、空域相关性,采用背景空时归一化处理技术,抑制声呐背景中的静态混响、突发性噪声等强回波干扰.声呐历程累积图像集成了多帧声呐图像的信息,目标回波亮点由于运动连续性形成亮线特征,利用该特征,采...     

被动声纳目标识别系统设计研究

目标识别是声纳的主要功能之一,其性能包括识别正确率、泛化能力和识别距离。由于数据样本的保密特性,声纳目标识别系统设计有其自身特色。在设计过程中,应首先降低对数据样本的依赖,把目标辐射噪声的机理分析、组成、运动规律等知识巧妙地运用到系统设计中;其次还应尽可能提高泛化率,以提高声纳目标识别系统对未见过的样本的正确识别能力。讨论了声纳目标识别流程、声纳目标识别系统的设计方法;在声纳目标识别系统的性能评估中,给出了目标识别距离的估算方法。     

噪声干扰对被动声呐系统的影响及仿真分析

在从信号处理的角度,就干扰信号对被动声呐系统的目标信号检测、目标方位估计、接收系统饱和等方面的典型情况进行了仿真分析,定义了噪声掩盖比、方位偏离度、噪声阻塞级等参数,用以表征干扰信号对被动声呐系统的影响,并给出了典型的仿真结果。     

线阵分裂波束处理技术在水声探测中的应用

声呐波束形成处理通常输出各个方位上的目标能量信息,利用指向性极大值位置给出目标的大致方位。为了得到更加精确的目标方位估计,需要寻找对目标方位微小变化作出灵敏反应的物理量。分裂波束处理所输出的各个方位二子阵的相位差信息,对方位变化十分灵敏,其测向精度接近于克拉美罗下界,不需增加太大运算量即可显著提高声呐系统测向精度,在水声中得到了广泛研究和应用。对线阵分裂波束处理在水声探测中不同的应用进行了梳理和总结,重点阐述了基于分裂阵半波束处理的被动声呐宽带相关检测、主动声呐相位单元化处理、超波束形成和水下慢速目标相位差空时方差自动检测跟踪(Automatic Detection and Tracking,ADT)技术的原理、处理流程和结果。     

水下双工语音通信系统的设计与实现

蛙人语音通信是水声领域研究的热点问题。利用多帧联合处理以及矢量量化技术实现了1.2kbps 速率的混合激励线性预测语音压缩编码,为适应水声信道的特点,采用正交频分复用技术对信源进行调制,并加入了同步、信道估计、RS纠错码等相关技术,以TMS320DM642和TLV320AIC23B等芯片为核心搭建硬件平台,设计并实现了一套水下实时双工语音通信系统。水池试验表明,在20 m距离上,合成语音清晰连贯并可分辨出说话人为谁,系统性能稳定。     

OMAP平台嵌入式声学多普勒流速剖面仪系统设计与实现

在TI公司OMAP-L137双核平台的基础上,对嵌入式声学多普勒测流系统进行设计和实现,并通过实验对系统测流精度和性能进行验证。先通过中频正交采样构建回波复包络信号,再采用复相关算法检测信号的频移进行流速测量。在文中对算法进行了研究和原理分析。OMAP中的DSP核主要负责回波处理,系统设计包括系统控制、数据通信、信号处理等。结合仿真测试,并通过某湖水下实验对设备进行了精度和性能验证,获得了良好的测流效果并且系统具有很好的稳定性,达到了预期的设计指标。对于嵌入式平台水声设备的研制有一定的参考价值。