一种水下多亮点目标模拟器的设计

以物理声学法为基础,推导了典型的多亮点水下目标回波的参数计算公式,利用MATLAB仿真验证了不同的入射角对该多亮点模型的影响,给出了水下目标回波的仿真结果。在此基础上,设计了基于线列阵的多亮点目标模拟系统的总体技术方案,提出了解决系统实时性等问题的具体办法。     

薄壳目标的多基地声散射特性研究

文章对水中薄壳目标的多基地声散射特性进行了理论仿真与试验测量研究。首先采用有限元耦合边界元和基尔霍夫(Kirchhoff)近似积分两种不同的数值计算方法对内部充气球冠圆柱壳的多基地声散射特性进行建模仿真,然后通过目标在消声水池的散射声场试验测量验证仿真结果的有效性。采用相同的数值计算方法对Benchmark模型的多基地散射声场进行仿真计算,分析多基地(全向)声散射特性及散射机理。结果表明,水中目标多基地散射的回波强度与回波结构与多基地分置角相关,且回波亮点的主瓣宽度也随多基地分置角变化而变化;Benchmark模型的艇体和指挥舱之间存在强烈的干涉作用,使多基地(全向)散射声场的竖状条纹发生倾斜。研究为水下目标的多基地探测提供理论支持。     

基于回波方位起伏特性的水下目标识别技术研究

分析了基于鱼雷分裂波束双通道系统的水下目标回波方位起伏方差计算方法,并利用尺度目标和点目标的回波信息的方位起伏差别,研究了一种识别潜艇和点源目标的新方法,并对建立的模型进行了计算机仿真,仿真结果证实了该方法对尺度目标和点目标识别的有效性。     

水下小目标合成孔径声呐层析成像技术研究

水下小目标精细成像对于正确识别水下目标具有重要意义。目前,多波束成像声呐和条带合成孔径声呐是获取水下小目标图像的主要手段。水下目标的判别主要利用了目标图像的亮点特征,即使是同一目标从不同方位观测时得到的结果也可能差异较大,这给快速识别确认目标带来了困难。为解决该问题,提出了利用圆周合成孔径声呐对水下小目标进行水声层析成像信号处理方法,提高了声呐的多角度融合观测能力。仿真及试验数据处理结果表明,合成孔径声呐层析成像方法能够获得目标外形轮廓精细特征,有利于水下小目标的正确识别。     

深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法

针对传统深水多波束测深系统海底回波信号仿真方法计算量大和不适用于存在载体姿态的问题,提出一种深水多波束测深系统海底回波信号快速仿真方法。基于扩展散射体海底回波信号仿真模型,考虑载体姿态,通过预先计算海底散射点强度分布确定主要作用区域的散射点,并将这些散射点的强度作为回波信号幅值加权来得到回波信号。利用这一方法,在保持较小计算量的同时,可以得到包括载体姿态特征的仿真数据。此外,利用这种方法还可以进行相位不一致性等误差因素的仿真。     

声诱饵对尺度目标的回波模拟方法

潜艇回波可以等效成若干个散射亮点回波相干迭加的结果,现代声自导鱼雷基于这一物理事实,通过辨识目标尺度来识别真假目标。提出使用具备数据通信能力的多个点源声诱饵,通过信息交互实现各声诱饵回波发射延时的有序控制,实现对尺度目标的多亮点回波模拟。具体仿真算例表明,该方法对利用方位走向特征和声成像进行目标尺度识别的鱼雷具有对抗效果。     

基于FOCUSS的水中目标回波亮点高分辨提取方法

水中目标回波亮点空间分布是估计目标尺度、确定目标要害部位、目标识别分类的主要目标特性依据。分析了水中目标回波亮点提取的主要方法及其优缺点,针对提高水中目标回波亮点方位估计分辨率的问题,采用欠定系统局域解法(Focal Undetermined System Solver,FOCUSS)压缩感知信号处理方法估计目标回波亮点的方位分布,并与时域常规波束形成(Conventional Beamforming,CBF)方法、子阵最小方差无失真响应(Minimum Variance Distortionless Response,MVDR)波束形成方法进行了比较。试验数据处理结果表明,FOCUSS压缩感知方法的回波亮点方位输出主瓣是"针形"的且无明显旁瓣,分辨率高于子阵MVDR、CBF波束形成处理结果。另一方面,FOCUSS压缩感知方法对信噪比的要求高,适用于良好信噪比条件下的回波亮点提取。     

目标反射亮点仿真技术研究

研究了目标反射亮点的数学模型及仿真系统的硬件结构，并将目标回波亮点模型进行了简化，使之能够用于工程实现。在此基础上对用于声制导鱼雷半实物仿真系统的目标模拟器进行了设计，在试验中能够实现预定的功能。     

阵列信号维纳滤波用于主动声呐图像增强处理

声呐图像的噪声背景抑制是提高水下目标检测能力的重要问题。针对声呐图像背景斑点噪声强、目标轮廓模糊、目标回波对比度低等问题,利用确定性目标回波信号与随机分布的干扰噪声之间的相关统计特性差异,采用基于最小均方差准则的阵列信号维纳滤波器,通过主动最小方差无畸变响应（Minimum Variance Distortionless Response,MVDR）波束形成和后置维纳滤波的两级处理,去除声呐随机噪声背景。试验数据的处理结果表明：在噪声干扰条件下,相比于常规波束形成（Common Beamforming,CBF）,主动MVDR处理提高了目标回波的局部信噪比,后置维纳滤波处理降低了随机分布的斑点噪声,使声呐图像的清晰度得到增强。     

基于伪随机序列的多波束水声探测系统的信道估计技术

多波束水声探测系统不同方向回波信号的同时检测,可以理解为通信中的信道估计问题。在水下多径传播环境中,多径信道的时延参数和幅度衰减参数的估计是多波束探测系统实现目标探测、定位和识别的基础,而抑制来自其它波束的多址干扰(MAI)是信道估计算法的重要目标。将直接序列码分多址(Direct Sequence Code-Division Multiple Access,简称DS-CDMA)通信系统模型应用于水声多波束探测系统。建立了基于伪随机序列的水下多波束探测系统的信号模型,研究了基于子空间方法的超分辨率信道估计算法。并给出了数值仿真实现,分析了信噪比、多址干扰及发射波束数等对信道估计算法性能的影响。仿真结果表明,该算法具有抑制多址干扰的性能,信道参数的估计方差逼近Cramer-Rao下界。这种信道估计技术尤其适合应用于多波束参量阵探测系统。     

改进的Mean Shift算法在前视声呐运动目标跟踪中的应用

多波束前视声呐具有成像速度快、分辨率高的优点,是进行水下目标探测、跟踪和监控的重要设备。针对多波束前视声呐运动目标的跟踪问题,提出了一种改进的MeanShift算法。该算法利用经典的MeanShift算法实现目标的帧间定位,通过基于图像序列的背景消减法实现运动目标分割,根据分割后目标的位置和大小对Mean Shift跟踪框进行更新,并重新建立跟踪模型来迭代实现目标的准确定位和跟踪。实验结果表明,改进后的算法可实现目标跟踪框随目标大小和形状的更新,对目标的定位更加准确。因此,该算法具有应用于水下目标精确跟踪和定位的潜力。     

舰载声呐与航空吊放声呐协同双基地搜索范围研究

针对舰载声呐与航空吊放声呐构成的异类传感器双基地工作问题,建立了基于声呐方程的海洋环境噪声背景下双基地搜索范围模型。在舰载声呐与航空吊放声呐双基地协同工作系统中,舰载声呐发射探测信号,舰载声呐和航空吊放声呐均接收水下目标回波信号。根据能量关系建立了扩展面积、扩展距离、等效半径模型,定量分析了声源级、基线长度等因素对系统搜索范围的影响。仿真结果表明,当舰载声呐声源级相对于吊放声呐声源级足够大时,协同双基地工作模式在较大的基线长度范围内不仅在搜索范围上优于舰载声呐和吊放声呐均独立工作时的单基地联合搜潜,而且在搜索宽度上也有优势。     

Quality enhancement of image generated with bistatic ground based noise waveform SAR

A new method for quality enhancement in a noise synthetic aperture radar (SAR) image and the first results of its application to the SAR image generated with the use of a bistatic Ka-band ground-based noise waveform SAR (GB NW-SAR) are presented. A SAR image generated with a noise SAR suffers from the masking effect which is tied to residual random fluctuations in noise radar response from bright scatterers in the scene. This is similar to the masking effect present in the deterministic waveform SAR when the signal sidelobes of echoes from bright scatterers may mask the main response from a weaker target. The procedure presented is a variation of the CLEAN algorithm. Knowing precisely the emitted signal and finding positions of the strongest scatterers one may model the echo signal originated from a selected scatterer. Extraction of the modelled signal from the received one reduces the residual fluctuations and makes it possible to clean the image and increase its dynamic range. The final image is constructed from the cleaned signal and the previously removed strongest scatterers. A theoretical background is provided to the proposed procedure and its application to enhance the SAR image using simulated data as well as data generated by the Ka-band bistatic GB NW-SAR is demonstrated. The GB NW-SAR, recently developed and tested in LNDES IRE NASU, may operate in CW and pulse random signal regimes for short range applications.     

基于SVM的高通量dPCR基因芯片荧光图像分类研究

目的 为了实现高通量dPCR基因芯片荧光图像的亮点分类与计数,提出一种基于支持向量机（SVM）的荧光图像分类与计数方法。方法 首先对荧光图像进行去噪、对比度增强等图像预处理,对预处理后荧光图像进行亮点区域提取标注,去除背景与暗点的冗余信息,利用方向梯度直方图（Histogram of Oriented Gradient, HOG）提取鉴别特征,计算合并所有样本的亮点特征得到HOG特征向量,根据已得到的HOG特征向量创建一个线性SVM分类器,利用训练好的SVM分类器对荧光图像亮点进行分类与计数。结果 对比传统算法,文中算法具有较高的分类识别精度,平均准确率高达98%以上,可以很好地实现荧光图像亮点分类与计数。结论 在有限的小样本标注数据下,文中算法具有良好的分类性能,能够有效识别荧光图像中的亮点,对其他荧光图像分类研究也具有一定参考价值。     

基于最小一乘的虚拟阵元波束形成仿真研究

水下多波束成像系统成像质量的关键主要在于波束形成的质量。在信号频率一定时,常规相移波束形成只有通过增加基阵的孔径来得到更窄的波束,但是在有限的应用条件下,这种方法又受到实际工程的限制。因此,提出一种基于最小一乘估计的虚拟阵元波束形成方法。在低信噪比的情况下,利用最小一乘估计的稳健性可以得到更加准确的估计信号,从而在不增加基阵尺寸的情况下获得更窄和抗干扰性更强的波束,提高阵增益和声呐图像的角度分辨率。通过Matlab仿真并与其他方法比较验证,证明了上述方法的优越性。     

掩埋物体的小掠角散射声场与回波信混比

探测掩埋物体的水声系统,通常是在一定距离之外以小掠角声波扫描海底的方式工作,现有的射线声学模型已不能进行系统性能预报。采用波数积分模型和等效源建模方法,将声波在介质中的传播和掩埋物体的散射场计算融为一体,可以高精度地进行各种形状物体、不同声波束和任意掩埋状态下的三维散射场计算。利用开发的声场模型,计算出了典型球壳的等效目标强度和信号混响比随频率、掠射角及掩埋深度的关系曲线。在此基础上,提出一种基于时反聚焦发射、水下移动平台接收的双基地探测设想,并采用开发的声场模型验证了其正确性。     

虚拟光栅变频投影三维测量技术的研究

虚拟光栅变频投影三维测量技术采用多光束干涉条纹形成虚拟余弦光栅,将虚拟余弦光栅投影到被测物体上得到被物体形貌调制的变形虚拟光栅。通过调整多光束干涉的楔角改变虚拟光栅频率,将两幅不同频率的变形虚拟光栅经过光学接收系统成像在CCD像机上,对CCD像机记录的变频变形光栅图像进行综合处理从而获取被测物体的三位形貌。本文给出了这种测量技术的原理,实验结果表明,采用变频虚拟光栅投影三维形貌测量技术可以有效地解决三维测量中被测物体高度变化率过大引起相位展开困难的问题。     

Interplay of the tip-sample junction stability and image contrast reversal on a Cu(111) surface revealed by the 3D force field

Non-contact atomic force microscopy is used to measure the 3D force field on a dense-packed Cu(111) surface. An unexpected image contrast reversal is observed as the tip is moved towards the surface, with atoms appearing first as bright spots, whereas hollow and bridge sites turn bright at smaller tip-sample distances. Computer modeling is used to elucidate the nature of the image contrast. We find that the contrast reversal is essentially a geometrical effect, which, unlike in gold, is observable in Cu due to an unusually large stability of the tip-sample junction over large distances.