海洋水下近距离无线通信技术研究进展

海洋水下近距离无线通信是建设海洋观测系统的关键技术,在海洋环境调查、海洋观测、海洋资源开发工程等诸多方面都有着重要的应用。近年来,基于电磁或光信号的近距离水下无线通信技术及设备因有着低成本、低功耗、稳定可靠、操作灵活方便等优点,受到了极大的关注和发展。从水下电磁波通信及水下光通信两个方面系统地论述了水下近距离无线通信技术应用的研究进展,总结了两种水下通信技术的优缺点。最后,结合当前水下近距离无线通信技术所面临的问题与挑战,对未来的发展方向进行了分析与展望。     

新型光通信提前量监测系统的设计

本文给出了新型应用于光通信提前量监测系统的设计.无线光通信具有速率高、保密性高、抗干扰性强等优点,使得其应用范围更为广泛.在卫星光通信中,两颗卫星同时在不停运动,并且距离非常远,激光在两者之间进行传输需要一定时间,这样就必须进行超前对准,即提前量监测.本文分析了不同通信链路的提前量情况,最后以低轨卫星通信链路为例重点给出了超前瞄准系统的探测器选择以及光学系统设计结果.     

江河水采样器控制系统的设计

江河水采样器控制系统由上位机、下位机、“无线”通信模块组成,上位机采用单片机STC12C5A60S2,由独立键盘输入控制信息,并在LCD12864上显示,下位机采用单片机STC1 lF60XE,L297与L298控制驱动步进电机运动,“无线“通信模块采用KQ-100E,实现上位机与下位机“无线”通信,完成水下步进电机的遥控功能.     

水下图像传输质量的实时评测模型

基于VQM客观评测模型体系,提出了一种适合水声及无线信道传输的实时图像质量评测模型。模型基于三个分项参数(结构损伤、空域边缘能量增加、空域边缘能量损耗)描述水下图像传输中压缩图像和非压缩图像的典型劣化特征。通过这三个分项参数,可有效地评测水下图像的劣化程度,统计实验表明,本实时评测模型具有较好的评测准确性、单调性和一致性。同时,模型利用了奇异值秩可压缩性,进一步压缩了参考特征的信息量,节约了实时评测所需的信道资源,为实现实时评测的业务评测目标提供了新途径。研究表明,本方法占用的额外信息开销不超过数据信息量的3%,对于水声信道、无线信道等资源受限的实时评测应用具有实用价值。此外,论文设计了基于面积理论的质量网图模型,通过网图的开闭程度,形象直观地反映图像质量的好坏,克服了传统方式在评测结果表达中存在的综合分物理意义不明确等缺陷。本实时评测模型可应用在水下监测、海底勘探等水下图像通信场合,具有较好的应用前景。     

长基线水下目标定位新技术研究

将GPS定位和授时技术、矢量水听器技术、无线网络技术和网络化传感器技术引入传统长基线水下目标定位系统中,提出了一种无线网络化的水面长基线阵主动被动通用水下目标定位新方法,讨论了方法的测量原理、系统实现及关键技术.     

一种新的水下无线传感网络的路由协议

针对水下无线传感网络UWSNs(underwater wireless sensor networks)的数据采集低效的问题,提出一种基于地理位置-机会的水下无线传感网络的路由协议,记为GOR-UWSNs协议。当传感节点需要传输数据包时,UWSNs协议就利用数据包优先权值ADV(AD vancement)构建候选转发集,再利用归一化的权值NADV(normalized advance)评估候选转发集内节点成为下一跳节点的"适度性",并依据节点的NADV值,进行从高至低的排序,形成有序的候选转发集。NADV融合了距离以及水下信道链路质量信息。然后,将有序的候选转发集划分不同的簇,使得簇内节点均在彼此的通信范围内,再计算每个簇的期望权值EPA(expected packet advanced),具有最大EPA的簇成为下一跳转发集。仿真结果表明,提出的GOR-UWSNS协议有效地提高数据包传输率、降低冗余数据包数。     

近距光信息的色度加密方法传送研究

对一种可用于楼宇之间或校园环境的近距无线光信息加密传送的方案进行了简要讨论。设计的系统中采用可见光作为工作波长,液晶屏为调制器,凸透镜系统为发射、接收光学天线。提出简易色度矢量替代型仿量子密钥的设计方法并对其性能进行了分析。然后在不同的传输条件下,不断进行室外测试试验,从而验证系统模型的可靠性。实验表明,该系统可实现短距离的加密光通信并可作为模仿量子通信的示教工具。     

基于可视化技术的核电站水下机器人地面站设计

针对当前水下机器人地面控制系统可视化程度低、操控不便的问题,基于可视化技术设计了一套水下机器人的岸上地面站系统。该系统可以控制水下机器人的半自主定航向和定深度航行,接受、储存、回放水下机器人拍摄的录像。采用编程技术实现三维动画空间,结合传感器回传数据控制三维动画显示,真实地反映真实世界中水下机器人的运动姿态、位置、运行状态。结合声纳成像信息、摄像机回传图像信息的综合显示,实现了微小型水下机器人的遥操作控制。     

终极臂戴水下喷气机

正英国S.C.P Marine Innovation公司近日发布了一组新型臂戴式水下喷气装备——X2水下喷气发动机(x2 Underwater Jet Pack)。X2水下喷气装备是一种特殊的臂戴式运载系统,可以产生强大的矢量推力,增强用户手臂的运动。该装备配有先进的锂电池供电技术、数字马达以及无线操控系统。使用其他水     

终极臂戴水下喷气枧

英国S．C．PMarine Innovation公司近日发布了一组新型臂戴式水下喷气装备——X2水下喷气发动机（x2Underwaler Jet Pack）。X2水下喷气装备是一种特殊的臂戴式运载系统，可以产生强大的矢量推力，增强用户手臂的运动。陔装备配有先进的锂电池供电技术、数字马达以及无线操控系统。     

一种改进的高速可见光通信系统信道均衡算法

衡量光通信系统的性能指标有可靠性和有效性,码间干扰是影响通信系统性能的一个重要因素,信道均衡能有效地克服信息在光通信系统传输中的多径干扰和消除码间干扰,是高速可见光通信的关键技术之一.本文研究了一种基于OFDM的高速可见光通信系统的信道均衡算法,仿真结果表明,该算法与传统算法相比降低了最小均方误差值和误码率,从而提高了光通信系统收发信号的性能.     

全局参数估计的水下目标偏振复原方法

水体介质对光的吸收和散射是导致水下成像退化的两大主要影响因素。针对水下目标成像,本文提出了一种全局参数估计的水下目标偏振复原方法,利用构建的精简水下目标偏振重构模型,通过自动估计全局最优偏振信息重构参数,复原出水下目标图像,降低水体对图像质量的影响。在估计重构参数的过程中,首先,采用偏振中值滤波方法和基于亮原色原理的方法,分别估算水下背景光偏振度信息和无穷远处水下背景光强值;再利用基于最小互信息原则对估计的背景光偏振度信息进行优化;然后采用水下目标偏振图像增强算法将得到的水下目标重构图进行细节增强处理,最终获得复原后的水下目标辐射信息图。实验结果表明,在性能评价指标方面,相较于水下原图和其他水下复原方法处理图,利用本文方法处理后所得的图像增强测量值EME平均提高了120%,图像质量得到了明显的改善。该方法解决了人工取景估计参数不佳的问题,提高了复原目标图像的对比度,可以用于浑浊水下的目标探测与识别。     

基于梯度先验的水下图像恢复

由于水体对光线的吸收和散射作用,水下图像呈现出强衰减、高噪声和色彩畸变等问题,难以满足视觉观察和图像分析的需求。针对这一问题,提出了一种基于梯度先验的水下图像恢复方法,用以提高水下图像质量。首先,根据水下成像特性,建立水下图像梯度先验,水下图像中目标反射信息(水下清晰图层)的梯度大于散射噪声信息(水下噪声图层);其次,根据水下成像模型,对上述梯度先验进行表征建模;最后,建立水下图像的梯度分布优化函数,采用半二次优化方法分离出目标反信息,作为水下图像恢复结果。以UEIB和RUIE数据集为实验样本,与近年来所提出的5种水下图像处理方法进行比较,方法在定性和定量两类评价中均获得了出色的处理结果,峰值信噪比(PSNR)、结构相似性(SSIM)和水下图像质量评价指标(UIQM)评价指标分别达到20.066 5、0.696 1和3.902 9,均优于对比方法。因此,该方法能够有效地抑制水下图像噪声,提高水下图像的信噪比、清晰度和对比度。     

水下微小型机械手控制系统研究

水下机械手是机器人在水下执行作业时的重要工具,因此研制便于控制、稳定性、可靠性高的水下机械手对于完成水下作业任务具有重要意义。首先在分析抓取任务及水下环境信息的获取的基础上,研究了水下机械手的总体结构并设计了系统的硬件结构和软件组成,接着提出了一种新型水下机械手的速度伺服PID控制方案。测试结果表明,该机械手工作稳定,精度、灵敏度高,能满足水下作业的要求。     

基于单目视觉的水下目标三维信息重建方法研究

基于手眼协调原理,提出了一种采用单目摄像机对具有几何形状约束特征的水下目标进行三维信息重建的方法。方法首先对水下目标进行二值化处理,并对二值图像的几何信息提取与处理,然后配合机械手的动作获取目标的空间位置信息,进而通过视觉引导机械手与目标成特定的相对姿态,最后通过摄像机的空间位置与姿态信息推断出目标的空间位置与姿态信息。这种方法避免了传统机器视觉存在的水下目标模糊、纹理特征不明显、图像匹配困难等问题,根据二值图像的几何信息能够更稳定有效的获取水下目标的三维位置姿态信息。     

某水下航行体遥控吊具总体设计

针对某水下航行体的特殊使用环境及吊装过程进行了航行体吊具的设计,解决了当前该水下航行体在湖(海)试时布放困难及操作效率低等问题。文中提出的吊具采用无线电控方式来实现吊具对航行体的吊装与布放工作,提高了吊装效率及吊装可靠性。     

DDS水下无线传感器网络通讯技术的应用

提出一种基于DDS技术的水下无线传感器网络节点方案.确定了节点的主控电路、发射电路和接收电路,对项目的设计思路、功能实现和关键技术进行了说明;描述了选择DDS技术的原因及实现原理,以及该技术在水声通信中的应用方法;最后对所设计的系统进行了测试分析,初步的水下实验结果表明了系统的有效性与实用性.     

温室信息传输技术研究

选用GPRS无线传输技术,针对温室相关信息,通过基于51单片机的无线传输系统的优化设计和测试,建立了温室信息无线传输的软、硬件平台,形成了利用单片机控制GPRS模块进行温室信息无线远程传输的设计依据和方法,为后续研究和技术普及奠定了基础.     

水下声信号的激光干涉测量

为准确测量水下目标的发声频率,在光学暗室下建立了基于激光干涉法探测水下目标的实验系统。当水下声源引起水表面波动时,用激光照射水面,携带声波信息的水面散射光与参考光干涉,利用精密光学测量装置探测光程差的改变,通过数据采集和处理系统从干涉信号的频谱分析图中解调出水下声信号的频率信息。干涉信号的频谱分析图中存在以水下声信号频率为中心的频带,频带宽度与自然水表面波引起的多普勒频移有关。实验结果表明,水下发声目标引起水表面波动的振幅在纳米级,系统可以实时探测出4～15kHz的水下声信号,且测量标准偏差7Hz。该系统可满足水下目标识别技术的实时性、准确性等要求。     

基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究

随着海洋工程领域的不断发展，如何高精度地获取水下物体的三维点云具有重要学术和应用价值。由于光在不同介质中传播会引起光路的变化，导致水下线结构光视觉测量获得的点云受折射畸变影响，精度降低。针对上述问题，设计了一种基于线结构光的水下旋转扫描测量系统。提出了一种轴眼标定算法，能够将多视角水下点云配准到统一坐标系中。提出了一种引人折射补偿的水下相机成像模型，该模型可准确的描述激光在不同介质间传播过程中的光路，基于水下激光平面方程的约束，对水下点云进行折射校正，提高了水下点云的重建精度。水下测量实验结果表明，提出的高精度测量方法能够获得水下物体的三维点云信息，可测量水下目标的尺寸信息，距离目标30~80cm 时测量精度达到0.2mm，满足了水下目标三维高精度测量要求，