基于稀疏重构的前视声纳成像方法

基于稀疏重构的DOA估计算法可以通过加强表示稀疏性而获得更高分辨的空间谱估计,有助于实现相邻目标的区分,本文提出一种在每个距离上稀疏重构的声纳成像方法。该方法利用声纳成像中目标本身具有的稀疏性,以及稀疏重构算法中的范数约束,来获得更高的分辨率以最终实现成像效果的改善。在仿真和水池实验中,将l1-SVD和SpSF稀疏重构算法与传统方位估计方法MUSIC、CBF、SFW-L21、NN-SpSF进行性能对比,实验结果表明l1-SVD算法和SpSF算法成像优于传统方法,有较窄的主瓣和较低的旁瓣,且对背景噪声有一定的抑制效果。同时,对2个相邻很近的目标,也可较好地区分出来,表明本文算法具有较高的分辨率。

市政排水管道检测中的声纳成像系统设计

声纳成像技术是市政排水管道病症检测中的一种重要检测技术。研制了基于脉冲回波法的排水管道声纳成像系统,介绍了声纳连续旋转扫描管壁成像的原理,给出了声纳成像仪的整体设计方案,详细阐述了主控制器和探头的实现方法,最后进行了室内模拟管道和工程现场排水管道的测试实验。实验表明,研制的声纳成像系统能实时测量显示排水管道的轮廓,准确定位并量化管道的缺陷,具有误差率低、便携、低功耗、稳定等优异的性能和良好的市场应用前景。

基于二次反锐化掩模的多特征侧扫声纳成像海底底质分类

提出了一种二次反锐化掩模算子(QUM),用于从图像中提取等比重的边缘和细节信息.把图像的平均边缘细节量(QUM)、平均纹理能量(TEM)和标准差(σ)相结合,构成本文的三维特征矢量(QUM,TEM,σ),用于对侧扫声纳海底图像进行底质分类.利用该特征矢量(QUM,TEM,σ)对泥、沙、石三种类型海底的150幅侧扫声纳图像进行分类实验,获得了最高96.7%、最低90.7%的识别率,而利用常用的灰阶共生矩阵方法的分类识别率为87.3%,表明本文方法能较好地用于海底底质分类.

基于A* OMP算法的压缩感知声纳成像

传统声纳成像系统所要采集的数据量巨大,给硬件设备以及数据的存储和传输带来很大的压力。压缩感知作为一种全新的采样理论,可以从很少的采样数据中以很大的概率重建原始信号。将压缩感知用于声纳成像,减少数据采集传输量。考虑到水下环境的复杂性,提出了A* OMP作为声纳成像算法,该算法使用A*搜索方法寻找最优原子,得到全局最优路径。实验结果表明,相比于传统OMP算法,所提算法有效地提高了声纳成像的质量。

深水沉排水下声纳成像技术及增强方法研究

采用侧扫声纳结合GPS、陀螺仪等,构建深水沉排水下自动成像采集系统。给出了系统数据采集、去噪、数据成像等关键技术的设计和实现方案。研究了深水沉排水下声纳成像色彩映射及图像增强关键技术,提出了一种利用伪彩技术增强深水排体声纳图像清晰度方法,构建了综合图像清晰度评价指标的图像清晰目标优化函数,实现了水下声纳成像色彩增强。

影响三维声纳成像质量的因素分析及应用

三维成像声纳系统具有高分辨率、全方位成图的特点,正在成为水下工程精细测量的重要技术手段。根据成像原理的不同,将三维成像声纳系统划分三类,分别阐述其工作原理,针对影响三维成像声纳测量精度和分辨率的因素展开分析,并提出了测量时相应的应对措施。通过在海上风电桩基测量项目中的应用,验证了给出的提高测量成果质量措施的有效性以及三维成像声纳系统在水下工程精细测量中的优势。

高分辨率声纳成像实时监视系统在电厂的应用

结合华能上海石洞口二电厂600 MW超临界锅炉炉底灰坑频繁堆渣排放的实际情况,利用水下声纳成像技术,开发了高分辨率声纳成像实时监视系统。该系统能实时绘图显示炉底灰坑内灰渣分布情况,使运行人员充分掌握炉底出灰系统的运行情况,取得了很好的效果。

基于TMS320C6678三维成像声纳信号处理算法的设计与实现

针对三维成像声纳在实际应用当中实时性的需求,在分析三维成像声纳波束形成算法原理和TMS320C6678多核任务并行处理的基础上,设计了基于TMS320C6678处理芯片的三维成像声纳二维波束形成算法的并行实现方法。该方法不仅能有效地完成二维波束形成,还能减少波束形成的计算量,满足系统的实时性需求。实验表明:该方法有效、可靠地完成了2304通道的二维波束形成,角度分辨率优于1°,满足实际系统实时性要求。

三维成像声纳图像后处理与可视化

针对基于线阵合成孔径技术的三维成像声纳缺乏有效后处理与可视化方法的问题,提出一个适用于三维成像声纳图像后处理与可视化方案。鉴于水体和地层2种介质具有不同的声学特性,使用组合算法分离水体和地层数据,利用基于边缘梯度均值约束的三维自适应区域生长算法分别对水底和地层目标进行检测,融合水体和地层数据,采用光线投射法进行三维实验数据的可视化。湖试和近海海试结果表明,该方案能够适应声成像中水体与地层的不同特点,有效检测目标,提高声纳图像的表现能力。

多波束成像声纳系统及水下机器人在水工建筑物水下结构检测中的应用

介绍了多波束成像声纳系统及水下机器人的组成部分、工作原理及其在水闸及水库大坝水下结构检测中的应用。应用结果表明,其具有适用性广、效率高、成像清晰直观的技术优势,可以减小潜水员水下探摸的安全风险及避免人工描述隐患的不直观、可信度较低等问题,为水下结构隐患识别提供了一种可行、便利的途径和方法。

成像声纳中多波束形成的FPGA工程实现

提出了一种计算方法简单、计算量小、所需存储量小的近场聚焦多波束形成的高速FPGA实现方法,用于成像声纳中高精度、高覆盖、高波束数的多波束形成。本方法基于180阵元均匀半圆阵,通过阵元等效弦的转动,仅采用6组加权系数矢量即可在90°范围内产生540个波束,使存储量降低了两个数量级,从而有效降低对硬件存储资源的要求。该系统工作在270 MHz,通过乒乓操作实现数据不间断的输入/输出,从而提高速度;通过多通道多系数复用乘法器和流水并行技术,仅采用24个乘法器完成了540个波束的实时产生,实现了8 190倍复用。

水下成像声纳计量测试及量传溯源技术研究

为保障水下探测量值准确可靠,研究水下成像声纳计量测试方法及量传溯源技术。基于大型试验水池和位移/回转机构,采用比较校准法对成像声纳声学参数和几何参数进行了计量测试,以全站仪、标准水听器、信号采集器、标准目标块套组作为计量主标准器,完成了对成像声纳工作频率、波束宽度、成像距离和鉴别阈的计量性能试验。参考标准值与标称值比对结果表明,被检成像声纳工作频率示值误差0.059 kHz,垂直波束宽度示值误差-0.07°,水平波束开角示值误差1.3°,成像距离优于180 m,鉴别阈5 cm,并给出了测量结果的扩展不确定度。海洋测绘仪器计量标准的建立,有助于规范评价国内外产品的关键性能,保障测量成果质量。

三维成像声纳BV5000在水下测绘领域中的应用

介绍了一种新型水下三维成像设备BV5000在水下工程中的应用。文章阐述了其系统构成、工作原理、应用领域、数据采集过程和数据后处理,并对影响其数据质量的因素做出了分析。

基于FPGA多波束成像的声纳系统设计

给出了一种基于FPGA的多波束成像声纳整机的硬件电路设计方案,介绍了该方案中各分系统的具体电路实现,以Xilinx公司的FPGA芯片作为核心器件,根据干端PC下发的控制指令实现对180个基元的发射接收电路的控制,完成数字波束形成,并将波束数据通过千兆网上传至干端PC进行显示。系统电路设计简洁,具有较强的灵活性和扩展性。文中介绍了系统的硬件架构,论证了多波束成像声纳系统接收前端和数字信号处理模块的硬件设计方案。实际测试结果表明,系统能够清晰地对水底地形特征进行实时成像,具有15帧/s的刷新率。

手持式三维声纳实时成像系统设计

针对传统三维声纳成像系统集成度低、实时性差的问题,提出一种手持式三维声纳实时成像系统设计方案。利用DM8127实现声纳图像的处理,通过坐标转换数组预生成、自适应阈值的网格构建等方法实现实时高精度的三维建模,同时采用多线程并行处理架构改善网格构建时的系统处理性能,降低处理时延,并利用Open GL ES2.0实现三维声纳图像的渲染和显示。实验结果证明,该系统能清晰显示水下探测目标,且实时成像速率高达25帧/s,满足系统实时性要求。

一种二维高分辨成像声纳的系统设计

水下目标的轨迹测量对于研究目标在水中的运动状态以及姿态稳定控制方法具有重要意义,由于内测方式在实际应用时通常不具备安装条件,而基于外测方式的光学设备测量效果受水下环境影响较大,测量距离近,误差偏大,甚至存在无测量的情况,因此水下目标轨迹的测量一直是急需解决的问题。论文针对利用二维成像声纳来解决水下目标测量的问题给出了解决方案,设计了测量系统,同时进行了成像声纳的实验验证,结果表明方案设计合理,成像效果良好。

成像声纳中基于SOPC的以太网高速数据传输设计

在Xilinx公司的Virtex-5FX70T芯片上设计了一种千兆以太网数据传输方案,在该芯片内嵌的PowerPC处理器上移植了VxWorks操作系统,采用SOPC技术使FPGA无缝连接千兆网卡。实际测试结果表明,通过减少系统开销、优化网络通信性能,本文设计方案的数据传输速率不仅达到系统传输速率要求61.44Mbps的4倍,并且方案的接口灵活可变,能满足其他多种高速网络通信的需求。

实孔径成像声纳在海底油气管线探测中的应用

利用成像声纳对油气管线进行探测,是重要的声学测量技术手段之一。侧扫声纳和环扫声纳是两种典型的实孔径成像声纳,介绍了这两种声纳的成像特点,分别从搭载平台、扫测特点、参数显示和声图特征等4个方面进行了比较,结合工程实例给出了两种声纳对海底油气管线探测的应用效果,分析比较了二者的优缺点。所得结论对于了解和掌握侧扫声纳和环扫声纳设备性能,进行海底油气管线检测和状态评估具有重要的工程实用意义。

声纳技术在排水方涵淤泥厚度检测中的应用研究

涵底淤积问题是影响排水方涵过流、排放能力的主要因素,定期开展方涵淤积情况检测,进行有效的清淤疏通工作,是提升方涵通水能力、防止城市内涝、维护城市环境的重要举措。本文介绍了一种方涵淤泥厚度的测量和计算方法,并就实践环节中相应的的注意事项和经验步骤进行了说明。首先对影响检测和计算结果的主要因素如声纳探头姿态、测试水位、不规则截面等进行了探讨,然后对方涵声纳成像数据处理过程中界面识别、姿态(转角及倾角)校正、坡度角校正、等效淤泥厚度计算等诸多关键性问题的解决方法进行了研究分析。结果表明,方涵管道声纳淤泥检测过程中,数据采集时应同步测量水面到涵顶的距离,数据处理时若量取淤积深度,应提前换算方涵顶底边界位置;数据处理时,对淤泥的镜像界面、水面、方涵顶板应进行有效的信号甄别;探头的姿态(包括左右转角、前后倾角、圆周转角),对测量结果影响较大,需要进行有效的角度校正;方涵顶底板和水面坡度角非完全一致,当测段跨度较大时,应进行坡度角校正;当淤泥顶界面不齐整时,不能随意量取任意点淤泥厚度,可根据淤泥界面面积计算等效淤积厚度。本文成果是工程实践的经验总结,是对管道声纳技术的应用推广,所提供的测量、校正、识别和计算方法对非圆形管道内淤泥厚度的声纳检测具有实际的参考价值。

一种管道声纳三维成像系统设计方法

针对管道声纳二维剖面成像技术在应用过程中存在探测结果不直观、后期数据处理工作量巨大的问题,作者通过本文阐述了管道声纳三维成像的技术原理,系统设计方法及实验验证数据,该方法能够较高效率获得被探测管道内部三维模型,为城市管网运维提供帮助。引言:城市地下排水管网建设和维护是“十三五”时期新型城镇化建设中的重大工程,是“海绵城市”建设的重要组成部分。管道声纳成像系统主要应用于城市或专门区域中各类专用管道、管渠如:水管、排水管、油管、电线电缆管道(以下简称管网)的检测。