基于主成分分析的直线运动模糊参数估计

为了快速准确地估计直线运动模糊图像中的模糊参数,分析了直线运动模糊参数的长度和方向在频率域图像和倒谱图像中的表现形式,提出了一种基于主成分分析的运动模糊参数估计方法。首先,基于高斯建模对模糊图像中的倒谱图像进行二值化分割,得到倒谱图像中的亮线区域。然后,基于主成分分析提取亮线区域的主成分分量,主成分分量的方向即为模糊角度;依据估计的模糊角度,计算模糊图像傅里叶频率域图像相应角度的Radon变换,进行滤波去"毛刺"处理。最后,通过计算极小值之间的间距,估计模糊长度。实验结果表明:估计的模糊角度和模糊长度平均误差分别为0.138 4°和0.273 9pixel,在同精度条件下,速度是传统的Radon变换方法的10倍左右,表明该方法能快速、准确地估计直线运动模糊参数。

多波束测深声纳技术研究新进展

多波束测深声纳已成为国内外海洋科学研究、海底资源开发、海洋工程建设等海洋活动中最主要的海洋调查勘测仪器之一。以多波束测深声纳为对象,详细介绍了国内外多波束测深声纳产品的发展情况,重点阐述了代表当前多波束测深声纳发展趋势的超宽覆盖、高分辨、高精度、多功能一体化探测等核心技术的研究进展,最后结合实际的海底地形地貌探测需求,给出了多波束测深声纳技术未来发展的展望。

应用TBD的多波束声呐图像序列SIFT特征追踪

针对声呐图像目标探测中面临的分割阈值选择和单幅图像信息缺失问题,提出了一种基于检测前跟踪(track-before-detect,TBD)的声呐图像序列尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform,SIFT)特征追踪方法。这种方法不在单帧图像中判断目标的有无,而依据图形序列中特征轨迹的连续性和一致性进行决策,通过动态亮度分配和中值滤波对图像进行预处理,提取SIFT特征进行帧间匹配并标出潜在目标,在图像序列中展开特征追踪,从潜在目标中筛选出真实目标。真实数据试验的结果表明,预处理改善了图像质量;对比SURF特征和Harris特征,SIFT特征包含更多的帧内信息,具有更好的帧间匹配效果。SIFT特征追踪能够从多波束声呐图像序列中探测到动态小目标和静态目标,并得到动态小目标的运动轨迹。

前后向空间平滑对相关信号源的DOA估计性能

提出一种实用的前后向空间平滑(RFBS)算法,从理论上定量分析了统计意义下子阵数目与前后向空间平滑算法解相关性能的关系.理论分析表明,采用该算法后,可明显降低相关信号源的相关系数,且该方法不破坏非相关信号源的独立性.计算机仿真了在总阵元一定的情况下,子阵数目与相干信号源数目分辨概率在不同信噪比下的相互关系,并验证了算法的有效性.

失事目标水中搜寻技术发展现状及趋势

针对近年来海洋事故日益增多的问题,本文研究分析了水中搜寻技术发展现状及趋势。本文以水中搜寻技术为对象,对当前水中失事目标进行了分类,分析了水中搜救策略研究现状,讨论了3种数据与模型搜寻方法。阐述了水中搜寻平台与设备发展情况,结合当前搜寻技术的不足,从增强失事目标定位能力,提高水下机器人水下搜寻能力与智能化,提高集群化、多平台协同组网能力和提高声学探测设备性能与数据处理能力4个方面给出了水中搜寻技术发展趋势。

基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成方法

提高多波束测深系统的综合精度,不仅需要提高远场精度,近场精度也不可忽视。针对常规多波束测深系统中采用远场近似模型,使得近场精度急剧下降的不足,研究了基于FPGA的多波束实时动态聚焦波束形成(RT-DFBF:Real-time Dynamic Focused Beam-forming)方法。该方法引入相移聚焦波束形成,论证其在多波束测深系统中解决近场问题的可行性,同时深入分析各个影响因素的实时处理情况,提出了一种基于FPGA的实时处理结构,该结构在输入通道为80个、采样率为28 kHz、波束数为128个的条件下完成RT-DFBF。水池实验结果验证了该方法的实时性、有效性和实用性,具有重要工程应用价值。

MSB-CAATI算法在多波束测深系统中的应用

计算到达角瞬态成像技术(CAATI)是多角测深侧扫声纳(MSBSS)采用的高分辨方位、幅度联合估计技术。本文将CAATI技术扩展到多波束测深声纳(MBBS),提出了一种新的多子阵波束域CAATI(MSB-CAATI)算法。仿真实验证明了该算法与CAATI技术相比具有更高的估计精度和更低的分辨力门限。海试数据的处理验证了MSB-CAATI能很好地应用到多波束测深系统中,使其兼备了FT(傅氏变换)和CAATI各自的优点,能在整个条带宽度内同时获得高分辨力的海底地形和地貌信息,且不易受到低信噪比和复杂地形环境的影响。

相关处理的并行算法及其硬件结构实现

在雷达、声呐和地震研究等许多信号处理场合，需要高速、长样本、高精度的数字相关器，随着新一代可编程数字信号处理芯片的发展，这种需要正在得到满足。本文介绍一种用ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｃ２５（以下简称Ｃ２５）芯片实现的具有流水线结构的长样本数字相关器，其速度和精度由芯片本身的性能得到保证。本文讨论了实现长样本相关运算的并行处理算法，这种算法具有普遍意义；也给出了用Ｃ２５芯片实现的相关器硬件结构和软件框图。

基于空间平滑的多波束测深声呐相干分布源方位估计

在多波束测深声呐的工作环境中,若海底反向散射信号不满足点源假设,方位估计精度将严重下降,而基于分布源模型的方位估计算法可以适应这种环境。目前,大多数分布源算法要求分布源之间不相干,有人提出采用Toeplitz方法估计相干分布源,但该方法精度不高并且忽略了角度扩展参数。为解决多波束测深声呐相干分布源的方位估计问题,提出了基于空间平滑的广义MUSIC方法,公式推导证明了算法的有效性,通过计算机仿真给出算法方位估计的精度以及不同信噪比条件下的性能,最后采用多波束测深系统的实验数据对算法进行了验证。

一种基于高斯混合模型与Markov建模的灰度图像分割方法

当灰度图像中存在区域间灰度变化不明显或者含有噪声时,图像分割效果会受到比较严重的影响,本文针对此类问题,基于高斯混合模型,提出了一种改进的灰度图像分割算法。首先,基于马尔可夫随机场建模,将梯度因素引入邻域约束,推导图像的能量函数。然后,采用改进的期望最大(EM)算法对能量函数进行求解,E步通过图割法求解各像素点的分类,M步通过改进的期望最大(EM)算法求解高斯混合模型中的各参数。实验结果表明,本文的方法相对于直接用图割法能够求得更低的能量值,获得较好的分割结果。

船载多目标水声跟踪系统的实时阵列信号处理

本文介绍一种船载多目标水声跟踪系统，它以多片TMS320C25（简称C25）DSP为核心，采用并行处理技术，以达到对水下快速目标实时准确定位的目的。文中首先介绍了同步大声信标及定位原理，指出了信号处理的核心任务和面临的主要问题；接着提出了一套简捷有效的实时信号检测与参数估计方法，给出了它的阵列处理机硬件结构，它能同时对5个水下运动目标进行实时跟踪。由于采用实时仲裁逻辑，成功地解决了多处理器共享有储器问题。最后给出该机在海上测得的水下双目标运动轨迹。

多波束合成孔径声呐技术研究进展

随着近年人们对海洋科学研究的迫切需要,水下目标精细探测与成像声呐技术逐步成为国内外研究的热点。本文重点分析了国内外主流多波束测深声呐技术与合成孔径技术的发展现状和趋势,并结合二者技术优势提出了一种多波束合成孔径声呐探测机理。研究讨论了多波束合成孔径声呐关键技术的研究进展,通过试验,初步验证了其探测机理的有效性和提升水下目标分辨能力的潜力。

基于SVM的决策融合鱼类识别方法

为解决基于声学散射数据的高精度鱼类识别问题,提出一种基于SVM的多方位声散射数据决策层融合的鱼类识别方法。利用小波包变换(WPT)和离散余弦变换(DCT)方法对多方位声散射数据进行特征提取,并进行特征降维处理。然后采用SVM分类器对每个方位提取的特征做出多次决策,并输出最终识别结果。采用3种不同鱼类作为研究对象,设计了可靠的获取多方位声散射数据的实验方案,给出不同方位数量条件下,基于WPT和DCT特征量的识别率。理论分析及实验数据处理结果表明,随着方位数量的增加,总体识别率呈升高的趋势,基于SVM的多方位声散射数据决策层融合方法可以有效提高识别率至90%以上。

多波束相干海底成像技术

为使多波束测深系统获得高质量的海底地貌图像,研究一种基于多波束相干原理的成像方法.在分析多波束相干算法估计海底回波到达时间(time of arrival,TOA)与到达方向(direction of arrival,DOA)原理的基础上,结合水声环境与声呐系统参数对各检测点对应的反向散射强度和地理位置信息进行估计,并从相干信号的幅度、相关性以及频谱三方面对受噪声影响的相位差数据进行质量控制,实现了反向散射强度和空间位置信息的准确融合.试验数据的处理结果验证了该方法能有效抑制噪声对相位差序列的干扰并且所获声呐图像具有较好的空间分辨率.

基于SVM的多方位声散射数据协作融合鱼分类与识别

为解决基于声散射数据的鱼分类与识别问题,提出了一种基于SVM的多方位声散射数据协作融合鱼分类方法。首先,提取多方位声散射数据的小波包系数奇异值、时域质心及离散余弦变换系数特征,并进行特征融合;然后,采用支持向量机(SVM)分类器对每个方位提取的特征做出决策,并将决策结果表示成后验概率的形式,同时利用每个方位的决策概率对其他方位的决策进行加权;最后输出分类结果。采用3类鱼作为研究对象,得到不同方位数量条件下基于协作融合方法的分类正确率最终达到92%以上。试验数据处理结果表明,随着方位数量的增加,总体分类正确率呈升高的趋势,基于SVM的协作融合方法可以有效提高分类正确率。

浅水多波束测深声纳关键技术剖析

基于多波束测深声纳工作原理,结合国内外主流浅水多波束测深声纳产品与技术发展现状,分析了浅水多波束测深声纳具备的5种典型能力,提出了从能力表征的角度理解浅水多波束测深声纳性能指标;总结了保障这些能力所采用的主要关键技术,讨论了技术实现的具体思路,列举了仿真或试验数据处理结果;展望了多波束测深声纳的发展趋势。

一种基于声散射特性的有鳔鱼特征获取方法

鱼分类技术在渔业资源评估中的重要性日益凸显,而分类中能够得到不同鱼种的本质声散射特征尤为重要。文章基于鱼的声散射特性,提出一种有鳔鱼种特征获取新方法。鱼的目标强度反映了鱼的本质声散射特征,其主要取决于鱼鳔的大小、形状及声波入射角度、频率,文章基于基尔霍夫模式模型和图像处理方法进行建模,不仅可对鱼体和鱼鳔进行更真实的近似,而且可以得到精确的目标强度仿真结果。通过图像识别方法,对鱼体及鱼鳔图像进行灰度变换、二值化、边缘识别、轮廓提取等处理,得到鱼体及鱼鳔边缘坐标,利用得到的信息进行建模,并给出了相应的计算机仿真结果。最后进行了水池试验,对仿真数据与试验数据进行了对比分析,并提取得到有鳔鱼的目标强度特征,为鱼分类特征获取提供了一条新的途径。

多波束测深系统多子阵检测法的改进及其性能分析

多波束测深系统中,相位检测法是实现超宽覆盖测量的关键技术之一。分析了分裂子阵相位检测法和多子阵检测法,并基于对子阵结构的分析,改进了多子阵检测法,给出了多子阵检测法输出信噪比的表达式,讨论了子阵结构对输出信噪比的影响,在理论分析基础上选择了三种子阵结构对海上试验数据进行了处理,验证了分析结果。处理结果表明,在优化参数基础上,多子阵检测法不但可实现多波束测深系统的超宽覆盖,而且可改善系统对海底的检测性能。

海底混响仿真研究

提出了一种新颖的海底混响仿真工程实现模型．它是基于单元散射的理论，通过模拟海底混响形成的物理过程实现仿真，具有仿真效果好，工程上易于实现的特点．根据该模型实现的多通道海底混响模拟器功能强、柔软性好，所产生的海底混响仿真信号无论是在形式上还是在统计特性方面与实测海底混响相比较都有很好的一致性．此外，该模拟器还可以作为目标模拟器或者相控／束控信号源使用．

多子阵幅度—相位联合检测法在多波束测深系统中的应用

多波束测深系统中经常使用幅度法或相位法来进行海底检测,并且按某种准则来选择,但如果选择错误,可能会带来不可预测的误差。提出了一种多子阵幅度—相位联合检测法,同时利用海底回波信号的幅度和相位信息,综合了幅度法和相位法的优点,不但实现了超宽覆盖,而且改善了检测性能。利用仿真数据和海试数据对此方法进行了验证,得到了较好的结果。