声学图像的水下小目标三维形状恢复

1

作者 易兵 蒋立军 +1 位作者 刘佳 许枫 《应用声学》 北大核心 2025年第2期454-462,共9页

基于二维声呐图像的三维场景恢复在水下救援等应用场景中具有重要意义。单一的三维重构算法难以同时实现图像细节信息的恢复与背景噪声的抑制,使得目标恢复精度较低。针对这一问题,提出了一种数据融合的三维重构方法。该方法首先利用C... 基于二维声呐图像的三维场景恢复在水下救援等应用场景中具有重要意义。单一的三维重构算法难以同时实现图像细节信息的恢复与背景噪声的抑制,使得目标恢复精度较低。针对这一问题,提出了一种数据融合的三维重构方法。该方法首先利用C均值模糊聚类算法提取图像的目标区域与背景区域,然后针对目标区域采用细节恢复较好的三维重构算法,背景区域选取噪声抑制能力较强的恢复算法,并将二者恢复结果进行融合,从而得到图像细节信息恢复较好及抑制背景噪声的能力较强的重构结果,提升三维恢复结果的精度。实验数据处理表明,该方法与传统方法相比,其重构结果的整体平均误差从24.3%下降至10%,说明该方法能更精准地重构声呐图像的三维形状。 展开更多

关键词 声呐图像 三维重构 图像分割 数据融合

在线阅读 下载PDF 职称材料

相控型圆管换能器产生螺旋声场的仿真与实验分析

2

作者 刘乃滔 杨娟 许枫 《应用声学》 北大核心 2025年第1期148-154,共7页

声呐系统进行水下导航及目标探测时,需要大规模布阵形成换能器阵列来实现,所需硬件以及信号处理的复杂度较高。而在螺旋声场中,由于方位角和声压相位角是线性对应的关系,所以仅由一个螺旋信标就能实现对水下目标的探测。因此,该文设计... 声呐系统进行水下导航及目标探测时,需要大规模布阵形成换能器阵列来实现,所需硬件以及信号处理的复杂度较高。而在螺旋声场中,由于方位角和声压相位角是线性对应的关系,所以仅由一个螺旋信标就能实现对水下目标的探测。因此,该文设计了一种能够产生螺旋声场的圆管换能器,通过有限元软件仿真,证明了该圆管换能器可以产生螺旋声场。在此基础上,进行水池实验对螺旋声场的性质进行了验证,为进一步设计出用于水下导航以及目标探测的声呐系统打下了基础。 展开更多

关键词 正交偶极子 螺旋声场 相控激励 有限元仿真

在线阅读 下载PDF 职称材料

蛟龙号载人潜水器声学系统 被引量：1

3

作者 朱敏 《声学技术》 CSCD 2013年第S1期1-4,共4页

0引言深海载人潜水器是运载科学家、工程技术人员和各种专用仪器和工具快速、精确地到达各种深海复杂环境,进行高效的勘探、科学考察和开发作业的装备。它是人类开发深海、利用海洋的一项重要技术手段,使得科学家和工程技术人员能够亲... 0引言深海载人潜水器是运载科学家、工程技术人员和各种专用仪器和工具快速、精确地到达各种深海复杂环境,进行高效的勘探、科学考察和开发作业的装备。它是人类开发深海、利用海洋的一项重要技术手段,使得科学家和工程技术人员能够亲临深海现场,实地观察、分析、判别、测量、采样和作业。深海载人潜水器已经在深海矿物调查。 展开更多

关键词 载人潜水器 水声通信 专用仪器 工程技术人员 海试 侧扫声纳 短基线 定位精度 定位系统 声纳系统

在线阅读 下载PDF 职称材料

回波信号限幅对声学多普勒测速偏差的影响

4

作者 宣兆通 王长红 邓锴 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第1期19-24,共6页

声学多普勒测速设备常采用复协方差算法测量多普勒频移,当回波信号出现限幅时会产生频移测量偏差,进而导致测速偏差。文章基于复协方差算法分析了回波信号限幅引起多普勒测速偏差问题的原因,得出限幅后频移测量偏差随真实频移变化而呈... 声学多普勒测速设备常采用复协方差算法测量多普勒频移,当回波信号出现限幅时会产生频移测量偏差,进而导致测速偏差。文章基于复协方差算法分析了回波信号限幅引起多普勒测速偏差问题的原因,得出限幅后频移测量偏差随真实频移变化而呈现正弦振荡变化的规律,分别使用窄带和宽带发射信号完成回波限幅仿真计算。基于声学多普勒测速仿真器和海上试验完成了对声学多普勒测速设备回波限幅数据的采集,仿真和试验数据结果与理论分析结果一致。 展开更多

关键词 复协方差算法 多普勒测速 限幅 测速偏差

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于向量近似消息传递均衡的超奈奎斯特水声通信

5

作者 褚润聪 武岩波 朱敏 《应用声学》 北大核心 2025年第2期441-453,共13页

高阶调制超奈奎斯特信号可以提高水声通信系统的频谱效率。为消除干扰需要进行多普勒时频偏移补偿和符号均衡。为此提出基于相关峰sinc插值的连续定时估计方法,估计每个接收符号时变多普勒定时偏移量,通过多普勒补偿后使每帧数据的信道... 高阶调制超奈奎斯特信号可以提高水声通信系统的频谱效率。为消除干扰需要进行多普勒时频偏移补偿和符号均衡。为此提出基于相关峰sinc插值的连续定时估计方法,估计每个接收符号时变多普勒定时偏移量,通过多普勒补偿后使每帧数据的信道近似时不变。并提出基于噪声重构的向量近似消息传递信道估计Turbo均衡,利用信道估计值来重构噪声并计算噪声方差,通过内外两层迭代来挖掘符号间的约束增益,抑制符号间干扰。距离为900m的垂直水声通信海试结果表明,采用所提方法可以实现频谱效率为1.85bits/(sHz)的超奈奎斯特信号无差错传输。 展开更多

关键词 水声通信 高阶调制 超奈奎斯特 TURBO均衡 消息传递

在线阅读 下载PDF 职称材料

浅海动态环境下蛙人探测声呐布放深度优化技术 被引量：1

6

作者 岳文蓉 杨娟 许枫 《应用声学》 CSCD 北大核心 2023年第2期243-248,共6页

蛙人探测声呐的探测性能及作用距离不仅与目标海区的声速剖面和自身性能参数有关,还与其布放深度有关,其布放深度的选择对于水下目标探测具有重要意义。以射线跟踪理论为基础,建立了基于探测概率感知的声呐性能评估模型;提出了一种声呐... 蛙人探测声呐的探测性能及作用距离不仅与目标海区的声速剖面和自身性能参数有关,还与其布放深度有关,其布放深度的选择对于水下目标探测具有重要意义。以射线跟踪理论为基础,建立了基于探测概率感知的声呐性能评估模型;提出了一种声呐布放深度自适应优化算法,该算法以不同准则进行两次筛选优化后可得到声呐最佳布放深度。仿真结果表明:在不同水文情况下,所提优化算法可以有效选择最优布放深度,进而提高声呐对目标的探测性能。 展开更多

关键词 蛙人探测声呐 布放深度 探测概率 浅海

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于深度学习的OFDM半相干水声通信方法

7

作者 寇旭 房小芳 +1 位作者 朱敏 武岩波 《声学技术》 CSCD 北大核心 2024年第2期197-204,共8页

针对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信中常用的相干和非相干通信分别面临的对多普勒敏感和频谱效率低的问题,提出一种高阶幅度键控调制的半相干通信技术,将OFDM符号时频帧结构中全部频点采用高... 针对正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信中常用的相干和非相干通信分别面临的对多普勒敏感和频谱效率低的问题,提出一种高阶幅度键控调制的半相干通信技术,将OFDM符号时频帧结构中全部频点采用高阶幅度键控调制方式,并利用信号幅度信息完成半相干信道估计。通过两种基于深度学习的算法优化半相干信道估计这一非线性过程,较非相干通信有效提高了频谱效率,较一定信噪比下的相干通信提高了鲁棒性,降低了误比特率和系统复杂度,并利用元学习算法降低深度学习算法对训练数据的依赖。最后,提取海试信道数据,完成OFDM半相干水声通信系统仿真,验证了所提方法在频谱效率和系统误比特率性能方面较非相干和相干通信的优势,当信道长度改变时,基于元学习的算法依然可以获得较好的性能。 展开更多

关键词 半相干水声通信 正交频分复用(OFDM)技术 信道估计 深度学习 元学习

在线阅读 下载PDF 职称材料

垂直水声通信中的伪随机序列精确定时算法

8

作者 王达 朱敏 +1 位作者 武岩波 褚润聪 《应用声学》 CSCD 北大核心 2024年第2期262-274,共13页

针对垂直水声通信中时变多普勒引起的定时偏差问题,研究一种基于伪随机序列的迭代定时估计及补偿算法。该方法利用伪随机序列作为同步信号,分三步估计时变多普勒:采用低复杂度的模糊函数法粗补偿接收信号内的平均多普勒;通过迭代插值法... 针对垂直水声通信中时变多普勒引起的定时偏差问题,研究一种基于伪随机序列的迭代定时估计及补偿算法。该方法利用伪随机序列作为同步信号,分三步估计时变多普勒:采用低复杂度的模糊函数法粗补偿接收信号内的平均多普勒;通过迭代插值法实现残留时变多普勒的精确估计及补偿;利用基于信道相关函数的相位信息,纠正均衡后信号的偏转相位。为实现高阶海试数据的有效解调,采用基于伪随机序列均方误差的多通道加权合并方式,获得空间分集增益。仿真及海试数据处理结果证明所提方法具有良好的时变多普勒估计及补偿性能,同时对30个通道内的1024QAM数据进行合并处理,在500 m的通信距离下,误码率为0.04,信道容量达到7.6 bits/symbol。与传统数据帧结构相比,无需使用线性调频信号,可以提高有效数据传输率。 展开更多

关键词 水声通信 伪随机序列 多普勒估计 多通道合并

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种水声通信中的多阵元Turbo均衡算法 被引量：9

9

作者 许浩 朱敏 武岩波 《电子与信息学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第6期1465-1471,共7页

Turbo均衡应用在水声通信中的问题主要在于水声信道时间扩展长,多接收阵元处理复杂度较高。该文研究了将时间反转与马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)均衡联合优化算法用于实现Turbo均衡。首先进行时间反转实现多接收阵元较长多径时延的压缩,再... Turbo均衡应用在水声通信中的问题主要在于水声信道时间扩展长,多接收阵元处理复杂度较高。该文研究了将时间反转与马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)均衡联合优化算法用于实现Turbo均衡。首先进行时间反转实现多接收阵元较长多径时延的压缩,再利用白化滤波器解决时间反转造成的噪声模型失配问题,最后利用复杂度较低的MCMC均衡器结合软迭代信道估计对时间反转合并后得到的信号进行均衡。结合真实实验信道条件对信道响应估计的误差建立模型,通过仿真比较得出,该算法在相同条件下相对于多阵元直接自适应Turbo均衡算法复杂度降低67%,且有1.6 dB的误码率性能增益。通过对湖上试验数据进行处理,进一步验证了该算法的优势。 展开更多

关键词 水声通信 时间扩展 时间反转 白化滤波器 马尔可夫链蒙特卡罗均衡

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种在色噪声环境下的信号检测方法 被引量：3

10

作者 杨波 朱敏 +3 位作者 武岩波 刘烨瑶 徐立军 傅翔 《应用声学》 CSCD 北大核心 2015年第1期85-89,共5页

为了抑制蛟龙号载人潜水器水声通信受母船色噪声干扰的影响,本文提出了一种统计匹配滤波器在色噪声环境下使用的新方法,它通过将接收信号映射到一个生成子空间中进行信号检测,可提高输出水声通信信号的信噪比。受客观条件限制,向阳红09... 为了抑制蛟龙号载人潜水器水声通信受母船色噪声干扰的影响,本文提出了一种统计匹配滤波器在色噪声环境下使用的新方法,它通过将接收信号映射到一个生成子空间中进行信号检测,可提高输出水声通信信号的信噪比。受客观条件限制,向阳红09船——蛟龙号载人潜水器的试验母船噪声环境比较恶劣,对水声通信产生了较强的干扰。如何在向阳红09船的这种强、色噪声环境下,提升水声同步信号的检测能力,对提高水声通信的可靠性是非常有帮助的。实际采集试验数据分析结果验证了该检测算法比传统匹配滤波器有更强的信号检测能力。 展开更多

关键词 统计匹配滤波器 色噪声 信号检测

在线阅读 下载PDF 职称材料

三维前视声呐信号处理方法 被引量：2

11

作者 刘治宇 刘晓东 +1 位作者 董飞 刘小刚 《声学技术》 CSCD 北大核心 2015年第4期317-321,共5页

三维前视声像声呐是安装在小型水下载体上的重要声学探测设备。提出了基于波达方向估计技术的三维前视声呐信号处理方法,接收阵水平方向采用波束形成技术,垂直方向采用波达方向估计技术。在波束内采用分裂孔径相位法提高水平方向分辨率... 三维前视声像声呐是安装在小型水下载体上的重要声学探测设备。提出了基于波达方向估计技术的三维前视声呐信号处理方法,接收阵水平方向采用波束形成技术,垂直方向采用波达方向估计技术。在波束内采用分裂孔径相位法提高水平方向分辨率,形成声呐阵前方的三维声像。仿真结果和水池实验结果表明:在接收阵面面积相同的条件下,能够获得优于常规技术的分辨率,可以实现点目标和连续目标的探测,适合于在水下载体上安装使用。 展开更多

关键词 波束形成 波达方向估计 相位法 三维前视声呐

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种基于DFT时域插值的OFDM水声信道估计改进方法

12

作者 杨波 朱敏 +1 位作者 武岩波 孙晓艳 《应用声学》 CSCD 北大核心 2012年第5期352-357,共6页

信道估计作为OFDM通信系统中的重要部分,其性能关系到整个系统的误比特率。本文提出了一种基于DFT时域插值的信道估计改进方法,用于OFDM水声通信系统。该方法利用噪声门限抑制多径之间的信道估计噪声,计算简单,达到较好的信道估计效果... 信道估计作为OFDM通信系统中的重要部分,其性能关系到整个系统的误比特率。本文提出了一种基于DFT时域插值的信道估计改进方法,用于OFDM水声通信系统。该方法利用噪声门限抑制多径之间的信道估计噪声,计算简单,达到较好的信道估计效果。对该方法进行了理论分析,仿真实验以及海试。在海试中得到传输距离2km,有效数据率2.8kbit/s,证明该方法可以用于中短程浅海水声通信。 展开更多

关键词 正交频分复用 水声通信 信道估计 海试

在线阅读 下载PDF 职称材料

对置式宽带宽波束换能器

13

作者 刘慧生 吴彤 杨荣耀 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第3期344-347,356,共5页

针对宽带宽波束换能器实现问题,该文在已有换能器结构基础上提出了一种同轴对置结构实现水平径向360°的宽波束覆盖的新方法。采用有限元法对比分析了已有结构和两种对置结构换能器的发送电压响应(TVR)和指向性。结果显示,当障板尺... 针对宽带宽波束换能器实现问题,该文在已有换能器结构基础上提出了一种同轴对置结构实现水平径向360°的宽波束覆盖的新方法。采用有限元法对比分析了已有结构和两种对置结构换能器的发送电压响应(TVR)和指向性。结果显示,当障板尺寸为Φ100 mm×7 mm,换能器和障板的对置距离为4 mm。12~19 kHz时,新结构水平径向波束宽度为360°,水平径向TVR>138 dB,换能器实现了径向高TVR和宽工作带宽。 展开更多

关键词 水声换能器 宽带 宽波束 全指向 声障板

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种联合优化的水声通信网路由算法设计

14

作者 王季煜 朱敏 《声学技术》 CSCD 2012年第3期265-271,共7页

针对传统的无线网络路由建立算法在水下小型网络中时延及能耗代价高的问题,提出了改进的DSDV(Destination Sequenced Distance Vector)路由过程,并在此基础上设计出与拓扑结构、MAC层联合优化的算法。该算法建立了以改进的DSDV路由建立... 针对传统的无线网络路由建立算法在水下小型网络中时延及能耗代价高的问题,提出了改进的DSDV(Destination Sequenced Distance Vector)路由过程,并在此基础上设计出与拓扑结构、MAC层联合优化的算法。该算法建立了以改进的DSDV路由建立时间、能耗及路由信息的完整性为代价函数,以MAC层的包长度、包间隔、拓扑结构中的点和边数等为矢量参数的数学模型,并结合无向图的广度优先搜索算法及最短路径算法,提出了在上述矢量参数条件下代价函数的最优化设计,形成一套适用于小规模区域性观测应用背景的水声通信网的路由建立方法。仿真结果表明,在相同的物理层条件下,联合优化的算法与未优化的DSDV相比,在相同的时间内建立完整的全网路由的概率最大可提高30%。 展开更多

关键词 水声通信网 路由层协议 联合优化 图论 广度优先搜索

在线阅读 下载PDF 职称材料

相关时延估计误差对测频误差的影响

15

作者 张卉 邓锴 王长红 《声学技术》 CSCD 北大核心 2022年第6期917-922,共6页

声学多普勒测速技术采用宽带编码信号进行多普勒频移估计时会产生测频误差,该误差来源主要分为两种:(1)宽带信号频谱不对称;(2)相关时延存在估计误差。文章主要讨论相关时延估计误差对测频误差的影响,分析了其产生的原因以及该误差对测... 声学多普勒测速技术采用宽带编码信号进行多普勒频移估计时会产生测频误差,该误差来源主要分为两种:(1)宽带信号频谱不对称;(2)相关时延存在估计误差。文章主要讨论相关时延估计误差对测频误差的影响,分析了其产生的原因以及该误差对测频误差的影响。忽略相关函数简化误差以及滤波后频点不对称,推导得到由相关时延估计误差导致的测频误差的解析式。进行了仿真和湖试数据分析,不同频移下的测频误差与理论测频误差一致,不同填充系数下的实际测速误差与理论测频误差变化趋势相同。该对比结果验证了相关时延估计误差会对测频误差产生影响,证明了由相关时延估计误差导致的测频误差的解析式可信。 展开更多

关键词 宽带多普勒测速 相关时延估计 误差分析 多普勒频移估计

在线阅读 下载PDF 职称材料

MIMO声呐的双尺度旋转不变子空间波达方向估计

16

作者 姚琳 刘晓东 《应用声学》 CSCD 北大核心 2021年第4期489-497,共9页

为了提高单基地多输入多输出(MIMO)声呐阵列的波达方向估计性能,提出了双尺度旋转不变子空间(DR-ESPRIT)算法。结合MIMO阵列虚拟阵列的结构特征,首先利用ESPRIT算法通过各条虚拟线阵内、基线间距不大于半波长的子阵间的旋转不变关系得... 为了提高单基地多输入多输出(MIMO)声呐阵列的波达方向估计性能,提出了双尺度旋转不变子空间(DR-ESPRIT)算法。结合MIMO阵列虚拟阵列的结构特征,首先利用ESPRIT算法通过各条虚拟线阵内、基线间距不大于半波长的子阵间的旋转不变关系得到无模糊的粗估计结果,之后利用虚拟线阵间、基线较长的子阵间的旋转不变关系得到一组有模糊的精估计结果。参考粗估计结果对精估计结果进行解模糊,最终得到高精度无模糊的角度估计结果。为了降低运算复杂度,利用该思路对降维ESPRIT算法也进行改进,提出了双尺度降维ESPRIT算法。仿真实验验证了与传统算法相比,双尺度类波达方向估计算法能够有效提高角度估计精度。此外,该文评估了MIMO声呐阵列的发射、接收阵元的幅相扰动误差对算法角度估计性能的影响。 展开更多

关键词 MIMO声呐 旋转不变子空间 双尺度 解模糊 降维变换

在线阅读 下载PDF 职称材料