基于模态滤波的水下声源深度估计方法

针对水下声源深度估计问题,对模态滤波技术进行研究.利用简正波在深度方向模态振幅的分布特性估计声源深度.首先使用水平阵列接收声源信号,然后对时间-距离二维数据进行二维傅里叶变化将其表示在频率-波数域,最后通过建立二值掩模滤波器,将声源的各阶模态能量从频率波数域提取出来,通过与模拟接收信号的各阶模态能量匹配,实现声源深度估...     

激光雷达距离估计技术

距离估计技术一直是激光雷达技术中的核心技术,对整个激光雷达系统性能的优劣性起到决定性作用。提出了一种基于人工神经网络的距离估计算法,使用的人工神经网络由两层网络构成。与交叉相关距离估计算法的对比实验证明:基于人工神经网络的距离估计算法在实际应用中有更高的距离估计精度;对强度像进行了仿真实验,实验结果证明:基于人工神经网络的距离估计算法相比极值判别法能够获得更精准的回波强度信息;对神经网络隐含层中神经元个数与距离估计精度之间的关系进行了实验分析,实验结果证明:过多或过少的神经元个数均会降低距离估计精度。     

浅水区水下爆炸直达声辨识与时频分析

为有效截取直达声分量以分析真实的水下爆炸声源特性,提出一种利用局部相关峰进行直达信号辨识的标记算法,并建立起算法结果的评价函数,然后结合浅水区水下爆炸实验,对比射线理论计算所得直达声分量的数目,初步验证了算法合理性,最后对所捕获的最优直达声片段(宽度约1.8 ms)进行希尔伯特-黄变换(HHT),分析频谱特性。结果表明：直达声压级时间序列具有良好的自相关性,且在近程条件下,其相对排列特征能近似保持稳定;该算法可以获得较高的局部相关峰,使得直达声片段能够被清晰地标记出来,尤其是在超近程条件下,相关峰可达0.9以上;爆炸声源的主频带稳定在0~10 kHz,且峰值频率约1 kHz,但是当传播距离较远时,其形状会明显受到声速剖面影响。     

一种新的近场源距离及到达角联合估计算法

该文提出一种基于三阶循环矩的近场源距离以及到达角联合估计算法。该算法充分利用了信号的循环平稳特性以及其空、时域信息,通过构造时空矩阵并进行特征分解获得二维参数的闭式估计。该方法计算简单,无需谱峰搜索,而且二维参数自动配对。与现有的方法相比,该文算法并不要求阵列具有中心对称结构,因此避免了阵列孔径的损失;此外该算法对任意分布的加性平稳噪声以及具有不同循环频率的干扰信号有较好的抑制能力。计算机仿真实验验证了该方法的有效性。     

一种水下多目标方位、频率、距离联合估计新方法

本文提出了一种可在单次回波内同时完成多目标方位、频率、距离(时延)三维参数联合估计的高分辨新方法,它借用ESPRIT方法的思路构造两个空间子阵,通过对其自相关矩阵和互相关矩阵的广义特征分解,用特征值估计多目标方位,用特征向量估计多目标回波的频率,再用估计得到的频率去修正包络时延向量进而得到目标时延估计.三维参数的配对由特征向量和特征值的对应关系自动完成.计算机仿真结果表明,该方法在较低的信噪比条件下可以实现三维参数的高分辨联合估计,而且无需额外的配对算法.作者还进行了多目标三维参数联合估计的消声水池实验,也取得了较好的结果,表明该方法对阵列误差有较好的稳健性,具有良好的工程应用前景.     

近场源距离、频率及到达角联合估计算法

本文提出了一种近场源距离、频率及到达角(DOA)三维参数联合估计算法.该算法不需谱峰搜索且各参数自动配对.由于算法使用了四阶累积量,所以适用于任意加性高斯噪声环境.     

基于自适应对焦窗口的计算鬼成像目标深度估计方法

在计算鬼成像(Computational ghost imaging,CGI)系统中,可以通过估计重构图像的模糊程度获取目标的轴向深度。但该方法易受到背景噪声干扰,且要求像质评价函数有较长的工作距离,导致所需的采样次数较高,限制其实用性。针对这一问题,提出了一种基于自适应对焦窗口的目标深度估计方法。首先根据评价函数的整体特征划分搜索区间,然后在给定区域内对目标实际轴向深度进行迭代搜索。在迭代过程中,通过设计自适应窗口,有效减少背景区域的同时,也保证了窗口内目标的完整性。实验结果表明:该方法大幅降低了评价函数所需的必要工作距离,使其在欠采样条件下同样适用,也减小了背景噪声对评价函数的影响,增强了算法的鲁棒性,进一步完善了基于计算鬼成像系统的深度估计方法。     

改进的近场源距离、方位联合估计算法

提出了一种无需参数配对的近场源距离、方位联合估计算法。该算法通过对构造的阵列输出信号四阶累积量矩阵,进行一定的变换构造处理得到一个新的矩阵,利用其相应的特征值及特征向量估计出二维参数。与ESPRIT-Like方法相比,文中算法参数估计结果能自动配对,而无需再进行配对过程。计算机仿真结果证实了提出方法的有效性。     

近场源DOA、距离和极化参数联合估计新算法

研究近场源波达方向(DOA)、距离和极化参数联合估计问题.利用特殊的线性极化阵列,提出一种基于三阶循环矩的新方法.该方法利用信号的循环平稳特性以及空、时域信息,通过时空矩阵的构造和特征分解获得各参数的闭式解.估计过程中无需谱峰搜索,并且能够抑制任意分布的加性平稳噪声以及具有不同循环频率的干扰信号.计算机仿真实验验证了该方法的有效性.     

水下目标方位估计的克拉美-罗界研究

该文首次给出了任意平面离散阵列对水下窄带源和宽带源进行近场测距的克拉美-罗界(CRB),并进一步全面地推导了相应远场测向的CRB表达式。由此揭示了近场测距和远场测向的CRB的影响因素和特点：(1)两者的影响因素均可分为两部分：阵列相关因素,如阵列结构和阵列孔径等;目标信号相关因素,如目标的相对方位、信号频率、带宽和信噪比等。(2)两者均与信号带宽和谱密度函数构成的一个联合量成反比。(3)近场测距的CRB与目标距离的四次方成正比。(4)近场测距的CRB与基阵参考点的选择有关,而远场测向的CRB则与其无关。(5)对于均匀直线阵,近场测距CRB大致与阵列孔径的五次方成反比,而远场测向CRB则大致与阵列孔径的三次方成反比;对于均匀圆周阵,两者均与阵列孔径成反比,且与目标的相对方位无关。Monte-Carlo仿真结果验证了理论分析和上述结论的正确性。该文CRB不仅给出了近场测距和远场测向的最佳估计性能,而且为阵列及信号的设计提供了理论指导,以达到最优的测距和测向效果。     

多径环境下距离与深度估计性能研究

多径时延可用于估计水下声源距离与深度,由时延估计协方差矩阵可知这些时延存在一定的相关性,时延的相关性影响距离深度估计方差,仅利用独立时延可提高估计精度。分析了存在直达波与水面反射两路多径情况下时延估计相关性及其对距离与深度估计的影响,并给出了仿真结果。     

Sensor Allocation for Source Localization With Decoupled Range and Bearing Estimation

The source localization accuracy is known to be affected by the placement of sensors. This paper addresses the problem of optimum sensor allocation for decoupled range and bearing estimation, as well as position estimation of an emitting source, under the constraint that all sensors must be confined within a certain area. The source is assumed to be distant and has a curved wavefront when arriving at the sensors. The optimization criterion is the minimum estimation variance defined by the Cramer–Rao lower bound that is derived under Gaussian noise model. A geometric approach is employed to arrive at the optimum geometries and no complicated optimization technique is required. The optimum sensor allocations for time difference of arrival (TDOA), angle of arrival (AOA), and time of arrival (TOA) positionings are derived and their estimation accuracies are contrasted. The optimum geometries belong to the generic structure of a ring array plus some sensors at the center. TDOA and TOA are found to have identical optimum geometries for bearing estimation and yield the same accuracy, although the position localization accuracy of TDOA is known to be worse than that of TOA. Simulations are included to confirm the theoretical development and illustrate the improvement of using an optimum array compared to a random sensor placement array.      

Depth Resolving Power in Near Zone: Numerical Results for a Strip Source

The problem of determining an unknown rectilinear source from the knowledge of its radiated field over a rectilinear bounded observation domain located in the near zone, orthogonal and centered with respect to the source is dealt with. In particular, we firstly analyze the information content of data by means of the Singular Value Decomposition of the radiation operator. Secondly, the resolution limits achievable in the reconstruction are discussed by examining the effect of the key geometrical parameters of the measurement configuration.     

基于深度CRF网络的单目红外场景深度估计

对单目红外图像进行深度估计,不仅有利于3D场景理解,而且有助于进一步推广和开发夜间视觉应用.针对红外图像无颜色、纹理不丰富、轮廓不清晰等缺点,本文提出一种新颖的深度条件随机场网络学习模型(deep conditional random field network,DCRFN)来估计红外图像的深度.首先,与传统条件随机场(conditional random field,CRF)模型不同,DCRFN不需预设成对特征,可通过一个浅层网络架构提取和优化模型的成对特征.其次,将传统单目图像深度回归问题转换为分类问题,在损失函数中考虑不同标签的有序信息,不仅加快了网络的收敛速度,而且有助于获得更优的解.最后,本文在DCRFN损失函数层计算不同空间尺度的成对项,使得预测深度图的景物轮廓信息相比于无尺度约束模型更加丰富.实验结果表明,本文提出的方法在红外数据集上优于现有的深度估计方法,在局部场景变化的预测中更加平滑.     

Performance Evaluation of Short Range Underwater Optical Wireless Communications for Different Ocean Water Types

This paper has presented our interesting in wireless underwater communications for different ocean water types. Recent interest in ocean exploration has brought about a desire for developing wireless communication techniques in this challenging environment. Due to its high attenuation in water, a radio frequency (RF) carrier is not the optimum choice. Acoustic techniques have made tremendous progress in establishing wireless underwater links, but they are ultimately limited in bandwidth. In traditional communication systems, constructing a link budget is often relatively straight forward. In the case of underwater optical systems the variations in the optical properties of ocean water lead to interesting problems when considering the feasibility and reliability of underwater optical links. The main focus of this paper is to construct an underwater link budget which includes the effects of scattering and absorption of realistic ocean water. As well as we have developed the underwater optical wireless communication systems to have shorter ranges, that can provide higher bandwidth (up to several hundred Mbit/s) communications by the assistant of exciting high brightness blue LED sources, and laser diodes suggest that high speed optical links can be viable for short range application. The received signal power, signal to noise ratio, bit error rate, transmitted signal bandwidth, and transmission bit rates are the major interesting parameters for different ocean water mediums as a criteria of the best signal transmission characteristics of short wireless optical communications over wide range of the affecting parameters.     

浅海条件下吊放声呐最佳入水深度的研究

航空吊放声呐主动工作模式下的作用距离不但与海域的声速剖面和装备自身性能有关,还与吊放声呐的入水深度有关.首先利用BELLHOP模型分别对带有跃层声速剖面、正声速剖面和负声速剖面3种情况下的声传播特性进行了仿真分析;然后研究了不同声速剖面下潜艇在不同深度航行的概率分布,建立并分析了潜艇运动规律模型,结果表明,不同声速剖面...     

潜水员水下近距离简易通信系统的设计

介绍了基于单片机的潜水员水下简易通信系统的设计与实现,给出了它的硬件原理图和软件程序框图。该系统采用短消息通信,并且通过语音播放收到的消息。硬件部分采用ATMEL公司的AT89S52作为主控芯片,实现了FSK调制解调,并控制ISD公司的ISD4002语音芯片进行话音的录放。系统利用水下电流场,完成了潜水员间的水下近距离简易通信。     

水下目标圆偏振成像及最远 成像距离的计算

报道了用圆偏振技术进行水下目标成像结果并分析了用圆偏振技术提高图像清晰度的原因:推导了水下目标最远成像距离的计算公式,在衰减常数α为0.5的水体中,目标放在1.5m处,测量出用圆偏振成像系统成像所得图像对比度C为4.1,通过r0和C可计算出圆偏振成像系统的最远成像距离r为1.92m,与实测距离相差0.08m,相对误差为4%。