多子阵高分辨实时波达估计算法研究

常用的高分辨波达估计算法一般都面临计算量巨大的高维协方差矩阵求逆或需要已知目标数目的先验信息等难题,难以在实际中应用。本文从多子阵处理策略出发,结合最小无失真响应算法(MVDR)理论,提出了一种自适应高分辨实时波达估计算法,并给出了详细的理论推导及相应的性能分析。研究表明,本文算法波达估计误差优于频域常规波束形成算法,同时,相较于常用算法实现高分辨波达估计所需的10 dB以上的阵元信噪比门限,本文算法所需的信噪比门限为3.5 dB,更适用于低信噪比条件下目标的探测,并且对舷侧阵阵元信噪比分布不一致性有较强的宽容性。更重要的是,由于协方差矩阵维数的大大降低,使得本文算法的处理速度大大提升,从而使得高分辨的实时波达估计成为可能。仿真及海试数据处理验证了本文算法的可行性。     

海底观测网络次接驳盒硬件设计与实现

深海海底观测网络是针对深海海底探测与研究而提出的课题。在海底观测网中,为了实现对水下各种观测信息的实时采集和水下各种传感设备的控制,设计了一种基于SOC片上系统的海底观测网络次级接驳盒电路控制系统。采用模块化设计思想,构建了包括主控芯片模块、数据采集模块、电能控制模块、视频监控模块的次级接驳盒电路控制系统。试验测试结果表明,该系统能够可靠稳定地运行,为海底观测网络的长期运行提供了保证。     

多波束测深系统中的海底地形可视化技术研究

针对直接使用大数据量的离散深度数据实现海底地形可视化时,基于不规则三角网的海底地形建模速度慢、稳健性低的问题,提出一种联合矢积测试的子网合并双向缝合算法,设计了一种基于二叉树的动态分块合并机制。该算法能够避免相交三角形或线形三角形的产生并使缝合后新生成的初始三角形形状趋于最优,提高了子网合并速度与整个构网程序的稳健性,实现了基于快速Delaunay构网的海底地形建模和三维可视化。实验结果表明,该算法能够明显提高子网合并速度与程序稳健性,适用于大数据量离散测深数据的海底地形绘制。     

多波束测量中海底测点三维坐标计算方法研究

如何将GPS位置实时推算至海底地形点位置、获取海底测点在地理坐标系中的精确位置是一个十分复杂的计算过程。文章从数学角度剖析了这一坐标转换的全部过程,揭示了多波束水深点定位的实质,指出了各步转换中的具体转换参数实际内涵。以便对多波束的实现理论更加清楚,对于控制误差传播、测量关键环节的质量控制都有十分重要的意义。     

基于稀疏布阵的实时三维成像声纳系统

水下实时三维成像声纳系统可以有效地提高对水下目标探测及识别的能力,本文提出基于稀疏面阵的实时三维成像声纳系统,该系统包括3个部分:窄带信号发射系统、稀疏布阵接收系统及信号处理系统。信号处理系统在远场情况下采用二维FFT波束形成获得目标三维成像,近场情况下采用自聚焦二维FFT波束形成获得三维成像结果。相比于直接相移波束形成,稀疏布阵情况下采用二维FFT波束形成算法具有更小的计算量和内存需求量的优势。基于该成像算法,设计并实现一套实时三维成像声纳系统,通过多次湖上及海上实验对该系统进行测试,实验结果表明:该系统可以获得水下近场及远场目标的三维图像并满足实时成像的要求。     

小基阵双宽带源波束域相干信号子空间法研究

超低空飞行的武装直升机飞行时的声音信号主要为低频宽带信号。针对宽带信号源的定向问题,以小尺度平面四元十字阵为基础,主要介绍了波束域相干信号子空间算法(BSCSM:Beam Space Coherent Signal-subspace Method),重点研究了双目标宽带源的情况下,该算法在目标方位估计上的应用和定向性能。实验仿真了波束域相干信号子空间法(BSCSM)对双宽带信号源的方位估计及其性能,并与阵元域的相干信号子空间法(CSM:Coherent Signal-subspace Method)的仿真结果进行了分析比较,重点比较了统计意义上的误差和宽带平面波波达角的角度分辨率等性能指标。结果表明,在远场环境下,基于小尺度基阵的双宽带源定向研究中,波束域相干信号子空间法比阵元域的相干信号子空间算法性能更好。     

青岛奥帆赛竞赛海域扫测工程的实施与分析

为掌握青岛奥帆基地重点海域海底水深数据、地形地貌及障碍物分布特征,保障奥运会和残奥会的顺利进行,本文采用多波束测深系统对该区海域进行了全覆盖、高效率的海底地形扫测,经过高精度的数据处理,编绘得到海底地形地貌图,并发现了可疑沉船、暗堤等海底障碍物的分布,保障了奥帆赛事的顺利进行。     

利用测深侧扫数据和明暗恢复形状方法实现地形修正

一般的测深侧扫声纳应用中,单独利用回波数据的幅度信息或相位信息获取侧扫图或测深图以展示海底细节特征。为提取侧扫数据中的微地貌信息,实现更高精度的海底地形探测,提出了两步循环迭代算法:首先利用原始测深侧扫结果数据对散射模型进行最优拟合,其次,引入亮度误差修正因子,改进从明暗恢复形状算法并迭代地形,保证其快速稳定的收敛,最终通过循环迭代获取了海底底质参数和精度更高、与真实地形起伏相关性更强的地形深度值。同时,利用Jackson海底散射模型,模拟测深侧扫声纳信号的发射接收过程,并利用其回波数据,验证本迭代算法的正确性和有效性。结果表明:该方法可以有效地修正地形,且接收信噪比越高,地形修正效果越好;在信噪比为20 d B时,相比于原始测深结果,修正后地形起伏相关系数提升52. 4%,地形误差绝对值降低37%。最后,将该算法应用于测深侧扫声纳数据,通过修正前后地形图的对比分析,验证了本算法的可行性和有效性。     

基于水声多波束技术的深水网箱鱼群状态远程监测仪研究

针对离岸深水网箱养殖的鱼群安全问题,提出了一种基于水声多波束技术的鱼群状态监测新方法.该方法采用环形水声多波束阵在深水网箱中进行分区探测,结合多路声信号处理技术、数据无线传输技术和虚拟仪器技术,实现了深水网箱中鱼群状态的远程、实时监测.与传统电机旋转扫描方法比较,该方法结构简单、功耗小,探测速度快,完成一次全网箱探测只需4 s;采用回波能量积分算法估计鱼群量,偏差值小于25%.监测仪样机在海上易于安置、操作方便;在福建泉州围头海域深水网箱养殖现场不同的海况条件测试中性能稳定、可靠.     

水声定位中高分辨时延估计算法研究

本文采用MUSIC算法解决水声定位中的多径信号分辨问题,给出了MUSIC时延估计算法的推导过程,并通过仿真对比了不同时延间隔和不同信噪比时采用MUSIC算法和传统的脉冲压缩算法的分辨能力,结果表明高分辨时延估计算法能够有效地分辨小于分辨单元的信号。     

水下金刚石绳锯机技术方案分析与设计

介绍了金刚石绳锯机的基本组成和工作原理，通过对国外海洋工程施工中金刚石绳锯机作业技术方案的分析，设计了适于海底油气管道切割的水下金刚石绳锯机。针对丝杠在水下易腐蚀的缺点，提出了利用连通器原理对丝杠进行密封的方法。这种类型的水下金刚石绳锯机将在海底油气管道维修工程中发挥更有效的作用。     

星上CCD成像非均匀性的实时校正

研究了时间延时积分(TDICCD)成像产生非均匀性的原因,基于两点校正算法探讨了星上图像非均匀性实时校正的可行性方案。鉴于工程一体化设计的要求,在常用的CCD时序处理器FPGA上实现了硬件实时校正。通过对相机均匀辐射定标,利用FPGA读取前32行TDICCD图像数据进行非均匀性等效灰度值(NUEDN)计算,根据工程经验,设定当NUEDN2时对数字图像进行非均匀性实时校正。硬件实时校正结果表明,均匀辐照下NUEDN可降至0.29。实验室动态目标滚筒成像试验表明,实时校正后TDICCD推扫成像均匀光滑,满足工程需要。     

Automatic segmentation of fluorescence lifetime microscopy images of cells using multiresolution community detection—a first study

Inspired by a multiresolution community detection based network segmentation method, we suggest an automatic method for segmenting fluorescence lifetime (FLT) imaging microscopy (FLIM) images of cells in a first pilot investigation on two selected images. The image processing problem is framed as identifying segments with respective average FLTs against the background in FLIM images. The proposed method segments a FLIM image for a given resolution of the network defined using image pixels as the nodes and similarity between the FLTs of the pixels as the edges. In the resulting segmentation, low network resolution leads to larger segments, and high network resolution leads to smaller segments. Furthermore, using the proposed method, the mean‐square error in estimating the FLT segments in a FLIM image was found to consistently decrease with increasing resolution of the corresponding network. The multiresolution community detection method appeared to perform better than a popular spectral clustering‐based method in performing FLIM image segmentation. At high resolution, the spectral segmentation method introduced noisy segments in its output, and it was unable to achieve a consistent decrease in mean‐square error with increasing resolution.     

大管径X70海底管线用感应加热弯管开裂分析

通过对弯管力学性能和钢组织的检验,采用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪对海底管线用弯管外弧侧出现的裂纹进行研究,指出开裂原因是由于弯管母管接触铜污染,弯管弯制时感应加热温度偏高,在拉应力的作用下导致裂纹产生。     

海底石油管道切割绳锯机的设计及其试验研究

介绍了用于切割海底石油管道的金刚石串珠绳锯机组成和工作原理;进行了串珠绳锯机主要装置的结构设计;对串珠绳锯机的液压动力系统的技术参数进行了计算和确定。通过金刚石绳锯机切割海底石油管道的试验,对记录数据分析后得到了串珠绳锯切向切削力与进给速度、串珠绳的耐磨损率与切削速度、串珠绳的耐磨损率与进给速度等之间的关系。得出了用金刚石串珠绳锯机切割海底石油管道是行之有效的切割方法这样的结论。     

多通道微粒分析系统设计

本文给出一种基于状态分析的微粒检测方法,该方法简单可靠、检测精度高,适用于Coulter法或光阻法测量流体中微粒个数及体积分布,易在可编程器件中实现。在Cyclone Ⅱ EP2C5 FPGA中构建五通道微粒分析系统,经测试具有良好的检测效果。     

一种大规模外存地表模型可视化方法

海量数字高程模型的可视化在地理信息系统、三维导航以及军事仿真等应用领域扮演着重要的角色.提出了一种大规模外存地表模型可视化方法,该方法由预处理和实时处理2个阶段组成.在预处理阶段,对原始地形数据进行分块处理,为减少外存空间开销,提出了一种新的块内数据存储方法,仅存储各层新增顶点,使冗余数据显著减少.实时处理阶段,通过引入与视线相关的屏幕误差计算方法减少绘制数据量,同时采用一种基于扩展视锥的预测策略,实现了外存数据的实时调度.实验表明,与传统方法相比该方法外存开销减少了60％以上,平均绘制速度超过了30帧/秒.     

基于DSP和FPGA的便携式超声波流量计设计

设计一种新型时差法超声波检测系统,以XC3S200为基础构建了一个采样率高达40MS/s的双通道数据采样系统,采用高性能的TMS320VC5509来实时处理数字信号。相对于传统的超声波流量计,该系统有效克服了测量精度低和不能测量小管径、低流速流体的缺点,提高了流量测量的分辨率和精度;具有抗干扰能力强、工作稳定可靠、准确度高、实时性好、简单便携、功耗低等特点。     

基于单传感器温度调制的无线电子鼻系统设计

针对无线电子鼻系统应用多个气体传感器组成传感器阵列功耗过大的问题,本文研究了基于温度调制技术的单传感器动态检测方法,并设计了相应的无线电子鼻系统,实现了单一传感器对混合气体的定量分析.根据半导体气体传感器在不同工作温度下具有不同响应灵敏度的特点,用高压5 V、低压1.5 V、周期为150 s的矩形脉冲加热电压控制传感器工作在高温和低温两种状态,通过选取一个加热周期内传感器动态响应在4个时刻的采样点,构成4个虚拟传感器响应.利用支持向量机回归算法建立混合气体分析模型,提高小样本情况下的泛化性能.对氢气和甲烷两种气体混合样本进行实验,结果表明该系统可有效地分析混合气体成分,具有较高的精度,较低的功耗,并可通过无线传感器网络对目标气体进行实时监控.     

基于惩罚函数的母子空间不同分辨率遗传算法研究

提出一种基于惩罚函数的母子空间不同分辨率搜索的遗传算法：在母空间中，该算法采用粗分辨率搜索，待搜索速度变慢后，用特征空间识别法优化各聚类中心，并在各聚类中心点创建子空间；在子空间中，因引入惩罚函数，较好处理了子空间边界的归一化问题，并采用细分辨率搜索，以精确获得该子空间中的最优解，从而解决了传统遗传算法搜索效率和寻找全局最优解之间的矛盾。最后，通过实例验证上述算法的可行性及有效性。