多波束测深系统多子阵检测法的改进及其性能分析

多波束测深系统中,相位检测法是实现超宽覆盖测量的关键技术之一。分析了分裂子阵相位检测法和多子阵检测法,并基于对子阵结构的分析,改进了多子阵检测法,给出了多子阵检测法输出信噪比的表达式,讨论了子阵结构对输出信噪比的影响,在理论分析基础上选择了三种子阵结构对海上试验数据进行了处理,验证了分析结果。处理结果表明,在优化参数基础上,多子阵检测法不但可实现多波束测深系统的超宽覆盖,而且可改善系统对海底的检测性能。     

现代深水多波束测深系统简介

对目前国外深水多波束测深系统的发展状况进行了介绍,以目前世界上最流行的深水多波束测深系统EM120为代表,介绍了其技术特点和性能指标。并且阐述了深水多波束测深系统的发展趋势;     

多波束测深声纳技术研究新进展

多波束测深声纳已成为国内外海洋科学研究、海底资源开发、海洋工程建设等海洋活动中最主要的海洋调查勘测仪器之一。以多波束测深声纳为对象,详细介绍了国内外多波束测深声纳产品的发展情况,重点阐述了代表当前多波束测深声纳发展趋势的超宽覆盖、高分辨、高精度、多功能一体化探测等核心技术的研究进展,最后结合实际的海底地形地貌探测需求,给出了多波束测深声纳技术未来发展的展望。     

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。     

波束锐化技术在多波束测深声呐中的应用

针对常规波束形成器的分辨性能和旁瓣性能间的矛盾,研究了超波束形成器的波束特征以及空间分辨性能。通过计算机仿真验证了加权超波束形成器既有较高的空间分辨力,又有良好的旁瓣特性。通过对外场实验数据的处理,验证了该算法对于多波束测深声呐测量结果中存在的"隧道效应"假象具有明显的抑制作用。针对算法实现结构进行了优化,进一步减小了算法复杂度。利用DSP进行了算法实现,算法具有较好的实时性和工程实用性。     

幅度-相位联合检测法在多波束测深系统中的应用

幅度蛳相位联合检测法是传统多波束测深系统海底检测法的发展方向,它充分利用了幅度和相位信息,能大大扩展测量范围,提高测量精度。文章对该方法的具体应用进行了研究,在确定信号粗略到达时间时采用了一种自动跟踪门方法,同时针对相位检测法实时处理数据运算量大的特点,提出了一种数据压缩与动态滑动平均相结合的数据预处理方法,该方法大大减小了运算量,其有效性通过方差分析进行了验证。数据处理结果表明,采用了自动跟踪门和数据预处理相结合的幅度蛳相位联合检测方法可明显扩展多波束测深系统的条带宽度。     

多波束系统在水下探测中的应用

由于单波束在水下探测的局限性,因此为实现大范围,全覆盖和高精度的探测,本文对多波束系统在水下探测中的应用进行研究。在介绍多波束系统的构成与测量的基础上,结合水下探测项目,通过多波束系统波束脚印归位、数据检测、数据改正和数据结构统一,对精度进行评估。通过分析成果精度得出,应用多波束系统的成果精度更满足实际需求,有一定的先进性和实用性。     

海洋工程勘察中多波束测深的应用

随着电子技术、计算机技术．特别是高精度GPS定位技术的完善,多波束技术也得到了迅速发展,并广泛应用于海洋工程勘察中,多波束测深系统的优势也越来越明显。本文首先阐述了多波束测深的工作原理,其次,分析了影响海洋工程勘察中多波束测深精度的因素。同时,就多波束测深在海洋工程勘察中的应用进行了深入的探讨,具有一定的参考价值。     

两种多波束系统测深算法的试验研究

介绍了快速能量中心收敛法和方位指示处理法两种多波束测深仪的海底检测和深度、方位估计算法,并对两种方法进行了多波束测深算法试验的设计,实验结果验证了算法的有效性。     

多波束条带测深系统中正交信号的获取技术

本文针对多波束条带测深系统，提出了一种优化的数字希尔伯特（Ｈｉｌｂｅｒｔ）变换方法，来获取幅度和相位严格平衡的正交信号。给出了理论分析过程和实时产生多路正交信号的基于流水线操作的硬件实现结构。湖上实验表明了这种方法的有效性以及工程实现的简单可靠性。     

多波束声呐海底底质半监督学习分类方法

多波束测深声呐的反向散射数据中包含海底表层的声学信息,可以用来进行海底表层底质分类。但实际中通过物理采样获得大范围的底质类型的标签信息所需成本过高,制约了传统监督分类算法的性能。针对实际应用中只拥有大量无标签数据和少量有标签数据的情况,文章提出了基于自动编码器预训练以及伪标签自训练的半监督学习底质分类算法。利用2018年和2019年两次同一海域实验采集的多波束测深声呐反向散射数据,对所提算法进行了验证。数据处理结果表明,相比仅利用有标签数据的监督分类算法,提出的半监督学习分类算法保证分类准确率的同时所需的有标签数据更少。自动编码器预训练的半监督学习分类方法在有标签样本数量极少时的准确率仍高于75%。     

一种基于横摇稳定的多波束测深方法

针对阵列姿态变化造成深水多波束测深声纳测深误差问题,给出了一种基于横摇稳定的多波束测深方法。其基本思路是利用姿态数据实时地改变接收波束相控角,使得合成波束指向角稳定在较小的变化区间内,确保了波束形成后信号来自有效的波束宽度覆盖范围。通过发射时刻三维姿态和接收时刻横摇姿态解算得出波达时刻对应的合成波束指向角,进行声速修正和归位计算得到最终测深点的深度与位置。MATLAB仿真和实际海试数据处理结果表明,该方法能够获得期望方向附近的海底脚印覆盖并且达到较好的精度。     

基于多波束测深声呐的海底气体泄漏实时报警系统

随着人们对海底油气资源的开发,在海底铺设的管道越来越多,海底管道泄漏风险日益增加,亟需高效、实时的检测方法。文章利用自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle, AUV)平台,搭载多波束测深声呐与基于VxWorks的嵌入式处理单元,设计了一套水下气体泄漏自动检测系统,将多波束测深声呐采集的水体图像数据传送给嵌入式处理单元,采用模板匹配方法对图像数据进行处理,完成对海底管道气体泄漏点的实时检测。湖试和海试都验证了该系统方案的有效性与先进性。     

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。     

前视成像声呐最大熵超分辨算法及验证

声呐方位向上的接收信息可以看作是目标散射信息和波束方向图卷积的结果,通过解卷积的方法可以恢复出目标的散射信息,但是反问题的求解存在着固有的"病态性"问题.为了使解卷积的"病态性"问题转换成"良性"问题求解,文章采用最大熵作为正则化约束项,不局限于原始场景中的目标分布,利用Frieden熵作为衡量最终解的标准,引入图像熵...     

状态最优估计融合算法在伺服系统中的应用

针对如何提高伺服系统多传感器测量数据的可信度,提出了一种状态最优估计融合算法。该算法依据Bayes后验估计理论,把求n个测量数据的状态最优估计转化为求出满足Y(需要测量的状态值)的最大后验概率maxP(Y|E)的估计值Y(E?)的问题,求得多传感器对同一目标的状态测量值的最优值,来提提高伺服测量数据的可信度。该算法应用到具有三种传感器的伺服系统中,实验结果证明,系统能持久稳定、高精度地跟踪运动目标,大大提高了系统的稳定性。     

混沌序列在深海多波束高Ping发射中的应用

基于波束形成方法的相控发射可以向不同方向以小延时连续高Ping率发射信号,由于海底底质分层结构的变化,在接收端极易发生回波信号混叠.提出了使用混沌序列克服这一问题,建立了混沌序列筛选流程及编码模型;分析了 Logistic序列、Tent序列及Chebyshev序列的相关特性,确定了 Chebyshev序列在三者中相关性...     

基于多波束系统的水下目标近程回波亮点声图像

模拟多波束系统,仿真得到了水下目标的二维回波亮点声图像。先采用小分置角双基地目标回波特性计算的近场板块元方法,计算得到水下目标的传递函数。再根据多波束系统的理论,建立了水下目标回波亮点二维声图像的基本框架,实现了水下目标回波亮点二维声图像仿真。最后得到了水下目标不同方位角情况下近程二维回波亮点的声图像。