水下声信号空间位置探测研究

为了对水下声信号进行精确定位,基于液体表面的声光衍射原理,使激光束斜射到液面,促使水下声信号在液体形成表面波。通过建立精准的水下定位装置,改变声源在水下水平方向与深度方向上的位置,获得声源水下空间位置信息。实验发现,通过声源不同空间位置,得到不同光强度的衍射图样。分析衍射图样光强,可推导出水下声信号空间位置与衍射图样光强度的变化关系。研究表明,衍射图样光强随着水下声信号空间位置改变而变化,进而推导出衍射光斑强度与水下声信号空间位置的初步关系,为进一步实现声源空间位置探测提供依据。     

大气激光通信中的光斑特性模拟和验证

根据空-地大气激光通信信道的特性,基于惠更斯-菲涅耳原理,应用夫琅禾费圆孔衍射的算法,对光波强度和光斑图像在光束截面内的分布进行分析及计算,研究了传输距离、发射孔径、激光波长以及湍流结构常数等对光斑形状及光强分布的影响。利用对数正态分布建立了大气湍流信道模型,通过对不同传输距离条件下光斑上不同点的光强分布进行计算统计和仿真分析,实验和仿真结果表明：光斑的光强分布图样服从贝塞尔分布。因此,在相同的大气湍流条件下,选择较长波长激光和较大孔径的发射器,可以有效降低光强闪烁引起的衰减,从而提高大气激光的通信质量。     

远场激光能量密度分布的数值与图像估算

激光在大气传输过程中,由于同大气分子与气溶胶粒子之间的相互作用而产生了一系列的效应,即大气衰减和大气湍流效应,导致能量不断减弱,并影响激光的远场能量密度分布.根据设计的激光远场能量密度分布测试系统进行外场实际试验测试,只能获得指定位置上的远场能量密度分布数据和激光光斑图像,为了获得任意位置的激光传输特性,研究了大气衰减和大气湍流对激光传输的影响.根据上述系统测得的指定位置的光斑图像及能量分布数据,通过软件仿真分析,估算任意位置的激光光斑能量密度分布,通过伪彩色变换,将激光光斑的灰度图像转换为连续变化的伪彩色图像,可以直观地观察光斑的远场能量密度分布.     

TFT-LCD面板反射的能量对光斑图像的影响

针对基于激光三角测距原理设计的显微镜自动对焦系统中,光斑在TFT-LCD面板上表面或者下表面聚焦时的鬼影以及打在金属丝上的光斑畸变问题,提出在焦平面附近调节相机快门和增益以消除鬼影,并根据相机快门时间动态变换光斑中心的求解方法.分析了光斑鬼影产生的原因和消除方法以及当光斑图像不同程度打在金属丝上时,导致光斑图像局部明显增强的特性,给出了求解光斑中心的方法.实验结果表明,光斑中心位置和离焦量线性拟合R的平方值为0.991,减少了激光三角测距法的非线性误差,实现了非接触快速对焦.     

基于统计高斯拟合的圆形光斑中心定位方法

针对二维高斯曲面拟合算法定位精度不高的问题,提出一种基于统计高斯拟合算法,可用于圆形光斑中心的高精度定位。结合二维高斯曲面的分布特性,对圆形光斑的灰度分布进行分析,指出了在对圆形光斑灰度拟合时需对光斑像素点进行有效筛选,避免因光照或噪声等带来的拟合误差。针对有效圆形光斑像素点的筛选方法进行了研究和分析,提出一种简单有效的方法。该方法根据边缘检测算子得到圆形光斑边界,再利用形态学算法对圆形边界点进行扩充,得到圆形光斑的扩展边界。结合圆形光斑目标区域灰度信息和非光斑背景区域灰度信息,利用统计学方法进一步筛选,获得了最终光斑灰度拟合像素点。与传统的高斯曲面拟合算法相比,仿真实验、运行时间测试实验和实物实验验证了该方法的优势。该方法能有效应用于工业领域圆形光斑中心定位中,具有很好的实际应用价值。     

图象处理方法在测量高功率激光束衍射光斑阵列位置中的实现

本文介绍了测量高功率激光束衍射光斑阵列的各光斑中心位置的计算机图象处理方法。讨论了ＴＩＦＦ图象格式的使用技巧、利用灰度级确定各衍射光斑光强中心以及去除噪声光点的计算机处理方法,用计算机软件实现了常规Ｈａｒｔｍａｎｎ－Ｓｈａｃｋ传感器中子透镜阵列的子光束聚焦过程。用Ｐａｓｃａｌ语言编程,实现了人机界面友好的图象处理编程软件。此方法已在“星光”高功率激光装置的测量中应用。     

基于FPGA激光光斑中心定位的设计

针对激光三角法采集光斑图像,设计一种并行计算获得光斑中心坐标的方法;应用计算机软件设计并验证可移植的算法,进而在进行算法硬件移植;通过验证后采用质心方法获得光斑中心坐标,在硬件系统工作过程中,采集图像每一行数据时,就开始计算中心位置,而不需存储整幅图像再遍历获得光斑中心位置,减少在图像处理过程中存储空间的占用,再次运算...     

可识别声源深度的三维声聚焦波束形成方法

当前平面传声器阵列结合波束形成方法进行声源识别定位时,存在不能确定声源相对全息测量阵列距离的问题,提出了可识别声源深度的三维声聚焦波束形成方法。基于球面波声场模型和波束形成方法,在不同深度的平面上进行声聚焦,首先根据聚焦面上波束形成功率的最大点位置沿聚焦深度方向（即z方向）的轨迹变化判断声源在z方向的位置,再进一步确定声源在x和y方向的位置。为验证方法的有效性,在点声源构成的声场中进行了仿真验证,并且在全消声室内进行了单声源及多声源识别定位的实验验证。仿真结果和实验结果一致表明：该方法能够实现基于平面阵列的三维空间中声源的识别定位。     

一种改进的激光光斑中心定位算法

激光光束中心位置的测量精度直接决定了激光武器的作战效能,但激光武器都是远距离作战,常见的激光光斑中心位置测量算法对远距离激光光斑中心的检测都存在一定的不足;在对传统激光光斑中心位置计算方法研究的基础上,找到一种能有效提高激光光斑中心检测抗干扰性能和定位精度的算法,通过试验,得到了坐标值与中心点误差在0.13个像素之内,验证了该算法的有效性,并将该算法成功运用于实际的激光光斑测量设备中。     

测试条件对PSD位置精度的影响

研究了测试条件对ＰＳＫ位置精度的影响,并通过寝化合 定性或定量的实验结果,为ＰＳＤ运用于高精度光斑定位技术创造了有利的条件。     

隔声去耦材料声学性能试验研究

以大尺度双层圆柱壳体结构为试验模型,通过比较全部敷设、部分敷设、不敷设隔声去耦材料等工况下的声辐射响应来研究隔声去耦材料声学性能,为实艇敷设隔声去耦材料提供参考。在研究结构的声辐射特征时,分别从模型结构的辐射声源级、频带声源级、声源指向性等几个方面来考察辐射声场,并讨论了部分敷设时的声场特征。结果表明:隔声去耦材料能显著减小水下结构的辐射噪声,且高频效果优于低频,合理的部分敷设也能获得满意的降噪效果,但在低频单点激励作用下的效果较差。     

一种光斑图像的阈值分割和光斑中心坐标的计算方法

工业测量中经常需要从获取的光斑图像中提取光斑区域,计算光斑中心的坐标。针对光斑图像具有背景区域较暗且面积大,目标(光斑)区域较亮且面积小的特点,提出了一种适用于光斑图像的阈值分割方法,计算单个光斑中心坐标的重心法,以及采用连通区域标记和区域大小排序计算多个光斑中心坐标的方法。与其他阈值分割方法比较后的实验结果表明,所提出的方法可更好地分割光斑图像,与期望的人工选取的阈值最接近,计算得到的光斑中心坐标准确,且运行时间较短。     

一种光斑图像的阈值分割和光斑中心坐标的计算方法

工业测量中经常需要从获取的光斑图像中提取光斑区域．计算光斑中心的坐标。针对光斑图像具有背景区域较暗且面积大,目标（光斑）区域较亮且面积小的特点,提出了一种适用于光斑图像的阈值分割方法．计算单个光斑中心坐标的重心法．以及采用连通区域标记和区域大小排序计算多个光斑中心坐标的方法。与其他闽值分割方法比较后的实验结果表明,所提出的方法可更好地分割光斑图像。与期望的人工选取的闽值最接近．计算得到的光斑中心坐标准确．且运行时间较短。     

基于动态梯度的激光光斑中心定位算法

为提高激光光斑中心检测的长期稳定性、抗干扰性能和定位精度,在对相关圆心定位算法进行研究的基础上,通过理论分析与实验测试,提出一种基于动态梯度的激光光斑中心定位算法.该算法根据激光光斑特点,利用图像梯度对光斑进行标识与定位.实验结果表明,该算法定位精度高,有效提高了激光光斑中心检测的抗干扰性能和长期稳定性,适合对测量精度要求高的长期在线测量.这种新方法已被成功用于自动激光挠度测量系统中.     

基于改进四阶偏微分方程的激光光斑图像去噪模型

随着激光技术的发展,激光光斑检测在实际应用中越来越广泛,但激光的远距离传输易受环境噪声的影响从而导致光斑检测误差变大。因此,以激光光斑为研究对象,针对激光光斑图像去噪这一重要问题,进行了改进算法研究。首先针对传统四阶偏微分方程去噪模型存在边缘模糊和自适应差的问题,从扩散函数的角度出发并根据不同光照下光斑的检测参数引进自适应梯度阈值,提出一种改进四阶偏微分方程去噪模型;其次将所提模型应用于雪天、雾天和雨天不同光照条件下激光光斑去噪中去;最后分别与基于自适应梯度阈值的各向异性去噪模型（IPM）、统一变分模型（DC）和ML四阶PDE去噪模型进行对比分析,结果表明所提算法不仅使去噪后的光斑图像内部保持平滑、边界保持清晰,且对不同光照条件具有较高的自适应性。     

大口径光学组件面形检测系统关键算法研究

大口径光学组件面形检测系统中,激光光斑的分割、质心提取和背表面光斑的自动剔除算法关系到系统的检测精度。针对系统中多路光斑光强差异比较大的现象,提出了两次分割法,有效定位各光斑区域;通过比较不同质心提取算法的稳定性,选取灰度重心法提取激光光斑质心;采取基于特征的分类技术识别元件前表面反射光斑。实验结果表明,算法能精确稳定地提取光斑质心和有效识别前表面光斑,该方法已商用于光学组件面形检测系统。     

光斑跟踪测控系统的研究与实现

基于事件驱动的队列状态机,开发一套光斑跟踪计算机测控系统。在光路末端使用CCD相机完成激光光斑图像采集的基础上,对光斑图像进行边缘检测,利用重心法解算出光斑质心坐标;将光斑质心坐标与理想标定点之间的偏差转化为控制信号,发送至四路电机,驱动光路中两台反射镜动作,实现对标定点的跟踪。实验结果表明,该系统运行可靠,能通过调节边缘检测算法中的高低阈值,适应不同强度的光源,准确解算出光斑质心,完成对标定点的有效快速跟踪。     

5.2km距离无线激光通信跟踪实验

为了实现对远距离通信下,湍流大气中传输时光束的跟踪,设计了光斑跟踪系统。对该系统的硬件结构、工作原理、系统跟踪控制算法及光斑图像处理算法进行了研究,首先,根据系统硬件构成及控制算法实用性,选择采用PI算法作为系统的跟踪控制算法,接着,为了提高在光斑图像处理方面算法的运算速度,选择采用改进的中值滤波算法来对系统所采集到的光斑图像进行处理,然后,在阈值分割方面,为了获取更加精确的光斑灰度图像,系统采用迭代法来选择阈值,进而对图像进行阈值分割,最后,采用该系统进行了5.2km的光斑跟踪实验,并对实验结果进行分析。实验结果表明,本系统可以有效的对湍流大气中的光斑进行跟踪,跟踪精度可达5.4,基本符合空间激光通信系统对跟踪系统的要求。     

基于水下等离子体的脉冲通信发射机

水下声通信是海洋中最主要的通信方式,在时变空变随机多途的恶劣信道中实现可靠的超远程水声通信,是一项亟待解决的难题;论文提出了一种利用水下等离子体脉冲信号、采用脉冲定宽时序编码调制方案的超远程水声通信体制,研制了一种基于水下等离子体的微型脉冲声源,搭建了基于该声源的脉冲通信发射机,实现了入水自动检测、休眠定时切换、发射频率可调、码元调制编码等脉冲通信功能;经水池试验验证,该发射机在Φ60×600 mm体积内声源级达217 dB,较好地实现预设脉冲信号的发射。     

激光光斑有效区域检测技术

在对激光的能量分布分析前需要提取光斑的有效区域。激光远距离传输后,在大气作用下,光斑会发生变形和弥散现象,造成光斑的质心和几何中心不重合。利用Cany边缘检测技术,先确定光斑的边界,再通过Hough变换算法进行圆检测,可以提取出近场完整光斑和远场弥散光斑的有效区域。对实际光斑的定位计算验证检测技术的有效性。