分布性目标解卷层析成像

在水声反射层析中,声信号照射目标并从多个角度接收目标的散射信号,就得到了目标的大量一维投影数据,处理多个角度的投影数据可以重构目标情景密度的二维空间分布。论文通过脉冲压缩和Richardson-Lucy解卷算法处理多角度观察分布性目标得到的一维投影数据,提取精确的目标散射参数,再通过滤波反投影算法(FBP)重构目标二维空间分布,同时实现了一个分布性目标和多个点目标的像重构。     

水下航行体热尾流数值预报方法研究

研究了水下航行体红外隐身性等问题，提出了一种可对水下航行体热尾流进行数值预报的方法。在已建立了水下热尾流数学模型及海面热尾流红外辐射大气传输模型的基础上，采用几何投影的方法，确定机载红外成像器件焦平面上各个探测像元所对应的海面辐射区域，进而计算出探测器焦平面上每个探测像元所接收到的红外辐射能量，最后根据每个探测像元所接收到的红外辐射能量绘制伪彩色红外图像。按此方法在WindowXP平台上选用Vc＋＋6．0结合FLUENT及MODTRAN等专业软件，建立数据库，编写了仿真程序，可以对水下航行体的热尾流进行数值预报。     

基于啁啾脉冲的反射层析激光雷达成像

反射层析激光雷达成像具有系统简单及对湍流不敏感的优势,但普通脉冲发射信号难以兼顾远距离和高精度探测的要求.基于上述情况,本文提出了一种基于啁啾脉冲信号的反射层析激光雷达成像处理方法.该方法首先对啁啾脉冲回波进行相干压缩处理,通过对处理后信号的包络提取得到目标在各方向的反射层析投影数据,最后利用卷积反投影算法实现高分辨力的图像重构.仿真结果表明,在同一投影角度,利用该方法得到的包络与目标反射率投影相一致;在投影角度范围大于60°时能够得到目标的轮廓信息,角度范围越大,成像越精确.研究结果验证了该方法的有效性.     

一种基于声呐信息融合的水下图像增强方法

由于光在水中传输时的衰减和散射效应,使得光学成像细节丢失、对比度下降以及颜色偏移失真,导致水下图像雾化。因此在光线条件较为恶劣情况下,水下高性能相机对目标的有效捕捉范围较小,水下光学成像系统通常很难达到令人满意的成像效果。而声呐利用声波在水中传播衰减较小的特点可以进行更远距离的探测。因此,当水下目标距离光学探测设备较远而不能进行准确光学成像来捕捉目标时,可利用声呐采集得到的信息与光学图像进行融合,实现图像增强,提高成像效果。文章提出了一种基于声呐信息融合的水下图像增强方法,首先对水下光学图像分两步进行预处理,即基于暗通道先验模型的去雾增强和自适应图像增强,再使用声呐信息对水下图像进行局部增强,明显提高水下环境中所要探测目标的对比度与可识别度。     

测定三维折射率场的同轴全息层析方法

本文在离轴全息层析的基础上,提出将同轴全息与光学共焦及光电探测相结合、以光散射介质三维折射率分布为检测对象的相干层析检测方法.与离轴全息层析相比,同轴全息层析也是微分干涉分析思想的一种实现形式,其主要特点是,光路系统简单,扫描探测点的几何定位比较准确,容易达到较高的折射率测量精度.文中对同轴全息层析的测量原理、光路系统设计、实验方法以及定量分析等做了介绍.对全息层析的几个有关问题做了进一步的分析探讨.     

基于板块元的水面舰船远场声目标强度预报方法

提出了一种基于板块元的水面舰船水下远场声目标强度数值预报方法,首先根据水面舰船水下船体及附体的型线进行等效建模,采用板块元方法进行网格划分,建立了水面舰船特有的复杂附体二次反射、海面散射效应的数值模型,将各板块元的声散射视为一种"滤波",各板块元的散射声传输函数具有不同幅度、相位、时延,将其叠加之和进行反傅氏变换后,获得水面舰船波形级的远场声目标强度及方位分布特征。通过分析比较典型声呐探测信号下水面舰船的声目标强度,验证了该方法的有效性,为优化与控制水面舰船目标强度,分析水面舰艇水声对抗的作战效能提供了物理依据。     

三维成像声呐图像重建研究

针对成像声呐领域中水下目标探测、识别等问题,基于三维探测声呐2304通道波束形成数据,研究三维成像声呐可视化方法,仿真了三维点云重构算法,并根据实际应用需求,在设备实现中改进了算法,使其在实际环境中可动态调节阈值,优化成像效果。水池、湖试实验表明:以该可视化方法为基础的三维探测声呐可正确显示目标位置、形态;且在混响环境中对复杂探测目标有良好的重构效果;同时通过与二维声呐图像对比,进一步验证了该三维声呐在轮廓识别方面的优越性。     

一种非自由声场中声源表面振速重构简化方法

在非自由声场中利用近场声全息技术重构声源表面振速时,需要先去除干扰声及干扰声在声源表面的散射声对重构结果的影响。针对刚性边界的声源提出一种非自由声场中表面振速重构的简化方法。该方法利用声源表面的刚性边界条件,只需一步求逆过程即可实现干扰声和散射声的去除以及声源表面振速重构。在仿真中选取简支铝板作为目标声源进行分析,结果表明该方法能够在非自由声场中实现声源表面振速的准确重构。最后通过实验进一步证明了该方法的有效性。     

一种沉底小目标的主动高频仿生波形分析及探测方法

为研究和分析用仿生信号及处理方法探测沉底小目标的可行性及探测性能,分别从时域频域波形、模糊度函数、抗混响性能方面分析了仿海豚声呐信号,并用计算机仿真了复杂背景下沉底小目标的探测。理论分析和仿真结果表明:在几种仿海豚声呐信号中,频率重叠较多的信号混响抑制效果最好;仿生探测方法的性能比标准声呐探测方法有了明显的提高。仿生信号及探测方法可作为一种新型的沉底小目标探测信号及处理方法。     

水下目标回波的块信号稀疏分解方法

基于匹配追踪的稀疏分解方法原理简单,在工程实际中应用广泛,但其计算量大,重构精度也不够理想。针对此问题,利用水下目标回波信号的块稀疏特性,提出了水下目标回波的块信号稀疏分解方法。首先基于水下目标回波和块稀疏信号的基本理论,结合回波信号仿真结果,分析了水下目标回波信号的块稀疏特性;然后,充分考虑回波信号本身的稀疏结构,利用信号分块和原子分块的思想,针对水下目标回波提出了块信号的稀疏分解和块匹配追踪重构算法,并从理论上对其计算复杂度进行了分析;最后,采用仿真实验的方式,与传统方法进行对比。结果表明,该方法大大减少了计算量,提高了重构精度。     

水下刚性角反射器散射特性

为了分析水下角反射器的声散射特性,提出了一种计算水下凹面目标散射声场的方法。采用ANSYS软件构建水下角反射器实体模型,再利用声学分析软件SYSNOISE对其远场散射声场进行仿真。计算了二面角反射器的目标强度,并与声束弹跳法和板块元法的计算结果进行对比,验证了该方法的适用性和精确性。对三面角反射器的散射特性进行了分析,得到了不同声波入射角度下的目标强度、目标强度随频率的变化规律以及散射方向图,结果表明,正方形角反射器的目标强度最大,三角形角反射器的散射宽度最大,角反射器目标强度不存在明显的频率效应。计算了八面角反射体的方向图,计算结果表明角反射器组合可以有效增大目标强度和散射宽度。     

一种用于水声运动目标成像的空间散射模型

水声成像过程中为了分析所接收的运动目标回波、理解接收信号的形成机理,提出了一种用于该情况的空间散射模型,并利用此模型仿真了"T"型阵成像声呐接收的回波信号。对信号的分析说明了空间散射模型的正确性。以空间散射模型为基础,利用傅里叶变换波束形成算法对不同条件下的球体目标进行了水声成像,并分析了成像性能。性能分析说明了水声目标大小、距离等因素对成像的影响情况,还特别强调了在运动情况下目标的成像情况。以上工作完成了对"T"型阵水声成像过程的模拟,为成像过程回波信号研究和成像声呐研制提供了理论基础和仿真手段。     

舰船尾流侧向声检测方法

舰船尾流声检测是水下航行体实现自动搜索、跟踪、攻击水面舰艇目标的最有效途径之一,当前工程应用和相关研究主要集中于从尾流下方实施的顶视声尾流检测方法.为了进一步研究水下航行体新型尾流检测技术,提高尾流自导性能及抗干扰能力,研究了舰船尾流的侧向声散射检测方法.分析了舰船尾流的几何特性和声特性,进行了实验室模拟尾流的气幕声散...     

颗粒超声层析成像的散射特征分析

用数值方法对颗粒超声层析成像进行模拟研究,对单个球形颗粒散射特征的数值解与解析解作对比,验证数值方法的准确性、可靠性,进而对管内放置有单个和3个球形颗粒的散射声场特性进行的数值模拟和分析,并由二值逻辑反投影图像重建算法对其进行空间分布的重建,分析重建图像的误差。结果表明:基于边界元方法的数值模拟和重建方法是可行和有效的。     

基于超声相控阵的水下船体表面成像方法研究

针对当前水下船体表面成像设备较少、成本较高、成像误差较大的问题,提出一种基于超声相控阵技术的水下船体成像方法。以超声相控阵技术为基础,控制一维线型超声相控阵列换能器发射的聚焦声波对水下船体表面进行相控扫描,声波作用于船体表面后发生散射,回波被换能器接收后利用双曲线交汇法计算出各反射点的点云数据,最终利用点云数据重构出水下船体表面的三维模型。通过搭建水池船模成像实验对方法进行了验证,结果表明,重构图像最大误差小于5mm,具有较高的成像分辨力。     

中高频段下的粘弹性材料声学参数测量

为了实现粘弹性材料在高频段上的声学参数测量,提出一种自由场测量方法,通过测量目标的水下散射声场指向性,计算目标散射场声压的前几阶勒让德系数,建立以目标的材料声学参数为变量的数学模型,并运用遗传算法进行参数反演.仿真结果表明以铝球的杨氏模量(E)为例,不存在声场误差的情况下反演精度可达0.0014%,铝球散射场的实验数据也提供了较高的参数反演精度.将此方法应用于中高频段上某种成分的粘弹性材料参数测量,成功地获取了其在此频段上的声学参数.提高目标散射场的测量精度有利于目标材料反演精度的提高.此方法避免了对声压相位的测量,减少了影响精度的因素.     

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。     

基于凸集投影的水声信道辨识算法

研究了使用凸集投影方法进行水声信道辨识的可行性,给出了凸集投影常用的凸集约束的条件,并推导了在复数域中的凸集约束的表达式。计算机仿真和实验结果证明,在较高信噪比的情况下,使用凸集投影方法可以正确估计水声信道中的多途幅度衰减和相位变化,其分辨率优于传统最大似然估计器-匹配滤波器,可作为研究水声信道的有力工具。