子波变换在声散射信号降噪处理中的应用

本文概述了应用子波变换对悬浮物测量中的声散射信号进行处理的方法，利用子波变换对信号进行多尺度分解，降低噪声影响，提高信噪比，并对声散射信号降低噪声影响和提高悬浮物测量精度的研究进行了探讨。     

黄海温跃层声散射与浮游生物垂直分布的关系

详细分析了夏季黄海温跃层中浮游生物垂直分布对声散射信号的影响,进一步阐明了浅海浮游生物空间随机不均匀分布引起的声散射,仅是来自分层不均匀界面-温跃层上散射的背景干扰.     

降低干扰和噪声对水中声反向散射信号影响的若干对策

声遥测水中悬浮粒子（如泥沙）的反向散射强度,可反演获得粒子浓度。可是,遥测系统对采样体积采集的声反向散射,除了粒子的散射信号外,还包含附加的干扰和噪声。本文探讨采集悬浮粒子声反向散射信号时,如何降低干扰源和噪声源对其影响的若干对策。     

海底声散射特性研究进展

海底是水下声场的重要边界,其声散射特性对水下声场空间结构及分布规律具有至关重要的影响。对目前国际上海底声散射特性研究方面的进展进行了系统的分析和总结,从海底声散射测量技术、海底声散射特性及机理、海底声散射预测模型3个方面进行了论述,并提出了未来研究的方向、研究重点与难点。该工作对于充分了解和认识海底声散射研究的目前现状和未来发展趋势具有很好的借鉴和指导意义。     

夏季加拿大海盆海冰边缘区声体积后向散射强度研究

声信号的体积后向散射强度是声传播过程中一个关键的参数。海冰边缘区的声体积后向散射强度研究对深入认识北极声场环境有着十分重要的意义。本文利用中国第六次北极科学考察获取的数据资料研究了海冰边缘区声体积后向散射强度特性。结果表明:加拿大海盆海冰边缘区是声体积后向散射强度的明显过渡区。无冰海面(海冰密集度小于15%)海洋深层水的声体积后向散射强度明显大于密集海冰区域的海水(海冰密集度大于50%)。讨论了声体积后向散射强度与海冰融化之间的关系,造成融冰区声体积后向散射强度增大的原因是水下悬浮泥沙、浮游生物等悬浮物质增加。根据海冰密集海域的海水后向散射强度弱的特点,对北极下放式声学多普勒测流仪(LADCP)观测的设置提出建议。     

基于多波束测深仪的西太平洋声散射层测量

为了研究西太平洋声散射层的垂向分布特征和日变化规律,分析了多波束测深系统的水体影像数据。观测结果表明,西太平洋存在着两个声散射层,一个声散射层位于0～200 m,另一个声散射层位于500～700 m,两个声散射层散射强度具有明显的日变化特征,上层散射层的散射强度呈现白天弱,夜晚强的特征,而下层散射层的散射强度日变化规律与上层相反,并且发现深散射层的厚度也存在日变化特征;分析了此种方法的优缺点,对以后声散射层的观测分析提供了新的思路。此外,利用同时下放的声速仪(SVP)的温度和深度数据对下放式声学多普勒流速剖面仪(LADCP)的观测结果进行了修正,得到了更为精确的声散射层垂向位置分布。     

南海北部声散射季节变化

声散射是重要的声学现象,海洋水体产生的高频声散射信号既可用于开展多种目的的声学海洋学研究,也可能对水下声学设备产生干扰,而海洋水体背景声散射具有显著的时空变异特征,因此针对特定海区开展声散射时变观测具有重要意义。本文利用在南海北部布放的锚系系统所搭载的声学多普勒流速剖面仪,获取了覆盖4个季节的累计约80 d的声散射数据,数据包括75 kHz和300 kHz两个频段,观测水深几乎覆盖了从海面到约600 m水深的整个水体。结果表明,水体在垂向上分布着上散射层和深散射层2个主要散射层。上散射层分布深度在冬夏较浅,位于约100 m以浅,在春秋较深,位于约200 m以浅;深散射层分布深度同样为冬季最浅,位于约300 m以深,但夏季则最深,位于约400 m以深。因此,两散射层的距离在夏季最远,在春秋最近。2个散射层的声散射强度（Sv）同样具有明显的季节变化,上散射层散射强度夏秋较强而春冬较弱,深散射层则正好相反。     

水中弹性圆柱体声散射实验研究

对水中弹性圆柱行声散射实验研究,结合弹性体的共振散射理论验证实验结果.在实验中得到较好的时域散射波形,与理论得出的时间间隔吻合,并利用准谐波法得到目标的形态函数,该结果与理论一致.文章使用维格纳威利(Wigner-Ville)分布来分析散射信号的时频关系,得到时频联合分布图,从中看出散射信号中存在频散现象和时间延迟现象.     

基于声场模型的猎雷声呐探测成像仿真方法

针对猎雷声呐对水雷目标探测仿真问题,提出一种基于运动学信息与水下声场传播耦合分析的探测成像仿真方法。利用 Bellhop3D 声场分析方法对水下声信道信号冲击响应进行计算,结合信号复分析方法得到信号传播信道参数以构建声散射模型,以运动耦合方式综合分析声呐搭载平台位置、姿态及速度等因素对回波信号的影响,通过综合考虑上述因素来模拟目标回波信号,从而利用较为真实的等效回波信号进行图像重构。 以高频前视声呐为例,对声呐探测沉底水雷目标情况进行了仿真,结果表明,该方法能够得到高频声呐对沉底水雷目标的探测图像,与实际情况具有一致性,可为进一步构建反水雷相关模拟仿真训练系统提供参考。     

利用浅海的声传播损失反演海面风速

声信号在浅海环境传播时,经过海面风浪的不断散射,传播损失会相应改变。本文通过分析声传播损失计算海面波高,利用风浪充分成长时波高与风速的关系,对海面风速进行反演,并针对声速剖面在有无跃层两种情况下反演过程的异同进行讨论。利用模拟仿真与2013年黄海声传播实验数据对其进行了验证,结果表明此方法是有效的。     

海底底质声学性质原位测量技术研究

系统介绍了海底底质声学性质原位测量技术,提出了新的原位测量方法,并根据这一测量方法,初步设计制作了相应的海底原位测量仪器。利用初步制作的测量仪器在实验室内对砂质沉积物进行了模拟测量试验,仪器测量得到的沉积物声速与直接透射法测量获得的声速基本一致。在宁波近海海域进行了海上实际测量试验,获得了该测量区域海底底质的声速,验证了此测量技术的可行性,为进一步研发先进的海底原位测量仪器奠定了基础。     

基于LZW的海底声学探测数据压缩方法研究

针对海底声学探测仪器采集数据量大而存储容量有限、数据传输带宽不足的实际问题,基于Lempel-Ziv-Welch(LZW)无损压缩算法,研究海底声学探测数据的实时压缩方法,提高数据压缩效果、节省传输带宽。并在LZW无损压缩算法的基础上结合数据存储的特点对压缩结果进行内存重新分配,极大提高压缩比(压缩数据大小/原始数据大小)。利用海底地震仪(OBS)采集的原始声学探测数据进行测试验证,结果表明该方法对于OBS声学探测数据有很好的压缩比,可用于对OBS采集的声学探测数据进行压缩处理,对于海底探测仪器的研发有很好的指导意义。     

基于单水声信标距离量测的匹配定位方法

水声通信和测距能力是实现水下航行器准确定位的重要技术手段。当前基于水声定位的方法主要有利用测距和测向功能的水声定位技术以及水声测距辅助导航技术,二者的系统物理复杂度都比较高。本文提出了一种基于单水声信标距离量测的匹配定位方法,航行器在水声信标测距覆盖范围内,利用航行过程中多次测距信息构建测距圆序列形成位置约束,基于航位推算导航信息,将航行器在连续测距时间段内的相对航迹在圆序列上进行最优匹配,从而获得位置估计,通过对测距误差进行补偿可进一步提升定位精度。本方法所需物理系统结构复杂度低、可操作性强,仿真实验表明,该方法可以独立实现较高精度的定位。     

Studying characteristics of a fine layered structure of the lower troposphere on the basis of acoustic pulse sounding

Results of acoustic sounding of the lower troposphere with the aid of detonation generators of acoustic pulses are given. This sounding method is based on a partial reflection of acoustic pulses with shock fronts from vertical wind-velocity and temperature gradients continuously varying with height in the troposphere and on the penetration of reflected signals into the region of acoustic shadow. Experiments on tropospheric sounding were carried out on the ground of the Barva Innovation Scientific and Technical Center (Talin, Armenia) in September 2015. In these experiments, an antihail acoustic system was first used as a generator of acoustic pulses. Experimental results have been compared with data obtained earlier in similar experiments carried out in the vicinity of Zvenigorod with the use of a special detonation generator of acoustic pulses. Due to the high resolution (in height) of the sounding method, which reaches 1 m in the stably stratified lower troposphere within a height range of 250–600 m, the vertical profiles of layered effective sound speed inhomogeneities with vertical scales from a few to a few tens of meters have been retrieved. The influence of these fluctuations on the form and amplitude of acoustic signals at a long distance from their pulsed source has been studied.     

Object detection and tracking method of AUV based on acoustic vision

This paper describes a new framework for object detection and tracking of AUV including underwater acoustic data interpolation, underwater acoustic images segmentation and underwater objects tracking. This framework is applied to the design of vision-based method for AUV based on the forward looking sonar sensor. First, the real-time data flow (underwater acoustic images) is pre-processed to form the whole underwater acoustic image, and the relevant position information of objects is extracted and determined. An improved method of double threshold segmentation is proposed to resolve the problem that the threshold cannot be adjusted adaptively in the traditional method. Second, a representation of region information is created in light of the Gaussian particle filter. The weighted integration strategy combining the area and invariant moment is proposed to perfect the weight of particles and to enhance the tracking robustness. Results obtained on the real acoustic vision platform of AUV during sea trials are displayed and discussed. They show that the proposed method can detect and track the moving objects underwater online, and it is effective and robust.     

胶州湾流速场的声层析反演研究

采用结合匹配法和经验正交函数法的射线声层析反演方法,针对流场水平分布不均匀特点,使用距离等效分段方法对反演算法进行改进,利用三个断面声层析数据,对胶州湾口潮流场的垂直和水平分布进行反演。与传统方法比较,大大降低与实测流速垂直分布间的偏差,平均偏差小于0.02 m/s,流场垂直分布间的相关系数提高到0.85以上。分析了声传播断面上不同的流场结构,以及涨潮期间在胶州湾团岛附近出现的涡流现象,并计算得到湾口海水流量变化。结果表明,改进的射线声层析反演方法可有效地用于水平分布不均匀流场监测,仅采用少量声学观测站位,即可获得大范围的复杂流场三维信息,有利于近海海洋资源开发、海洋环境保护和船舶航行安全。     

水声信道中一种抗多途跳频通信的研究

水声通道系统是当代海洋开发和海洋环境立体监测中的重要技术组成部分，广泛应用于海洋监测、海洋资源勘探和开发等方面。然而，水声信道的随机起伏、时－空－频变的多途特征使水声通信技术成为当代最为复杂的通信技术之一。本文介绍近年来在高速水声通信方面的一些研究进展，讨论了一种利用高速数字信号处理器（DSP）实现水声信道跳频通信的方案，并探讨了该方案在调制信号设计及信号处理实现上所采用的关键技术。     

浅水多波束换能器声学性能检测方法研究

浅水多波束换能器主要声学指标能够直接或间接地反映系统性能指标,因此利用水池试验对系统换能器声学性能指标进行检测,不但能够初步掌握系统的性能,而且可以降低湖试或海试的风险。通过概括多波束测深系统核心性能与换能器声学指标的对应关系,按照水声计量检定规程和方法,论述了主要声学指标的计算方法,研究了自由场条件下声学指标的检测方法和注意事项,并结合国产多波束系统水池试验,验证了方法的可行性。     

Development of real-time acoustic image recognition system using by autonomous marine vehicle

Automation of complicated underwater tasks require acoustic image based object recognition. This paper presents an acoustic image based real-time object recognition system. We proposed an acoustic image predictor to estimate an object's shape in advance. Depending on the acoustic camera's position, the predictor generates optimal template for recognition. The proposed method is implemented in our autonomous marine vehicle. For real-time processing, efficient recognition strategies are addressed. The vehicle detects an object and localizes it for recognition. In the detection process, the acoustic image's specific characteristics are used as the detection cues. In the localization process, the vehicle's horizontal and vertical positioning strategies are described. Efficient template generation method to minimize computing power is addressed. This realizes real-time recognition using the vehicle. To estimate the proposed system's accuracy and reliability, a recognition test was carried out in the field. The vehicle successfully recognized two different objects with high accuracy.     

基于时差法超声测风系统的声场分析与研究

基于时差法原理设计了超声测风系统,并对该系统在空气中传播的超声声场进行了深入分析.阐明了在海洋环境监测中,风矢量对超声波声传播特性和超声测风系统声场的影响,分析了其与系统的最大量程、测量精度和分辨率等主要性能指标的关系,该研究结果为提高超声测风系统性能指标设计的准确性和科学性提供了依据.