基于MEMS水听器的水下探测系统设计与实现

微电子机械系统(MEMS)水听器作为声呐的核心部件,具有灵敏度高、低频特性好的优势,在进行水下探测时,可同时得到水下声场的声压及振速信息,被广泛应用于声呐浮标、无人水下航行器(UUV)等水下平台,实现对水下目标的实时探测。以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,基于MEMS水听器,选择合理的存储协议和能量检测算法,设计并实现了一套应用于声呐浮标的水下探测系统,并开展了室内测试与室外湖试实验。室内测试结果显示,MEMS水听器的矢量通道灵敏度约为-210 dB@100 Hz,可测带宽为10~2000 Hz,具有平滑的“8”字指向性;标量通道具有全向性,灵敏度为-189.5 dB@100 Hz,可测带宽为10~1250 Hz;系统功耗约1.55 W,同步采样率为10 kHz,存储容量为64 GB,可实现信号的实时检测以及对3路模拟信号和3路数字信号的存储。湖试实验结果表明,该系统在水下能够稳定工作,可以连续工作约23 h,经数据处理分析,系统采集到的水声信号正常,对目标信号的探测性能良好。

潜水员水下探测装备发展现状及展望

潜水员作为一种从事水下作业的人员,由于其灵活性、可靠性等诸多优势被越来越多的国家广泛应用于水下救助打捞、海洋工程、水下目标探测等领域。论文主要从复杂背景下的水下目标探测需求出发,对当下国内外水下探测主要装备现状进行分析,并对水下探测装备发展以及未来潜水员水下探测形式进行了展望。

基于声纳技术的水下探测与成像方法

声纳技术是一种基于声波传播和反射原理的水下探测和成像方法,在水下研究和应用中具有广泛的应用前景。本文介绍了几种基于声纳技术的水下探测与成像方法,包括侧扫声纳成像、多波束声纳成像、三维声纳成像和反向散射声纳成像。这些方法在水下地形测绘、水下目标搜索、海底地质调查等领域发挥着重要的作用,并且在不同的场景和应用中可以协同使用,提高水下探测和成像的效果和精度。未来的发展方向包括多通道声纳成像、超声声纳成像和光声声纳成像等新兴方法,这些方法将进一步提升声纳技术在水下探测和成像领域的应用价值。

巴塘水电站导流洞闸门门槽及底板水下探测的研究

水下探测技术的进步,尤其是高精度声呐技术和遥控操作设备(ROV)的广泛应用,使对闸门门槽和底板的检测变得更加精确和高效。为及时发现和评价导流洞闸门门槽和底板破坏状况,确保水电站安全平稳运行,水下探测研究与分析工作具有重要意义。通过先进水下探测技术与装备的应用,可以对导流洞闸门门槽与底板全面准确地探测与评价,并为后续修复与加固提供科学依据。

水下探测通信一体化关键技术分析

水下探测与水声通信是海洋信息获取的两大关键技术。将二者有机结合的水下探测通信一体化技术具有减小平台体积、降低功耗、提高隐蔽性等优势,对海洋开发利用和水下信息对抗具有重要意义。本文以全共享体制为切入点,系统分析了水下探测通信一体化的工作原理、关键指标和应用场景。重点探讨了共享波形设计、自干扰抑制、目标检测与参数估计、通信性能优化等关键技术。提出了基于多级自干扰抑制的单基地模式和利用空域矩阵滤波的双基地模式,并对系统探测通信性能进行了深入分析。旨在为水下探测通信一体化技术的发展提供新的思路和方法,推动该技术在海洋资源开发、水下目标探测等领域的应用。

条纹管激光成像雷达水下探测成像研究进展

条纹管激光成像雷达是一种新型的闪光式激光雷达,具有大视场、高分辨率及高探测灵敏度等特性,可直接给出目标的四维像(三维几何距离像+一维强度像),是目前激光水下三维成像的主要技术之一。自主研制了一套单狭缝条纹管激光成像雷达,可实现对远距离目标成像和系统集成。在水质较浑浊的黄海海域,利用此雷达首先完成了若干水下目标探测实验,获得不同深度及不同表面材质的目标条纹像,最大探测深度为5 m;其次完成了海表面波成像实验,获得重构后的海表面波四维像,可清晰辨别海面粗糙度及波高变化。实验结果表明:条纹管激光成像雷达在水下探测、避障及海洋波谱分析等方面有较好的应用前景。

高散射抑制比激光雷达水下探测技术探析

浅海海水严重的后向散射是阻碍激光近海水下探测应用的关键问题,回波信号中的后向散射制约了水下目标探测深度、分辨率和对比度.针对该问题,研究了两种高散射抑制比海洋激光雷达——混沌脉冲激光雷达和相干双频脉冲激光雷达,这两种激光雷达信号具有内在的高频强度调制特性,而后向散射具有低频特性.因此,在目标信号光和后向散射光同量级条件下,可通过带通或高通滤波将海水后向散射滤除,从而提高系统信噪比.

水下探测航行器海洋动能发电装置分析及试验研究

为了解决水下探测航行器探测传感电子设备的能源补给问题,探索开发由于海洋环境产生的晃动能量的可行性,初步设计直驱式海洋动能发电装置样机。根据动量矩定理和电磁感应原理分析建立系统的机电模型。结合研制的直驱式海洋动能发电装置样机,对发电系统进行数值与试验分析,数值计算结果与试验结果基本吻合;瞬时发电性能分析结果表明在横摇激励幅度为6°频率为1.0 Hz阻尼系数为0.875 Nm?s/rad时,其输出功率可达5.8 W;平均发电性能试验分析结果表明直驱式海洋动能发电装置在阻尼系数为0.875 Nm?s/rad下小幅激励时共振频率为1.1 Hz,大幅激励时共振频率为1.0 Hz。

海洋动能发电装置在水下探测航行器的安装位置对发电性能的影响

为了研究海洋动能发电装置在水下探测航行器中的安装位置对其发电性能的影响,根据拉格朗日方程建立了水下探测航行器与晃动摆的耦合非线性运动方程,在不同的阻尼系数和横摇激励频率下,采用龙格库塔方法分别对海洋动能发电装置安装位置对发电性能的影响进行了数值分析。研究结果表明:海洋动能发电装置的安装距离(晃动摆的摆动中心到航行器质心的距离)为零时,在横摇固有频率激励下,系统收集能量为零;安装距离不为零时,能量收集系统在固有频率附近呈现振动系统所有的特性;收集的功率与安装距离为二次方关系,且在不同频率时,在安装距离为零附近都有一零功率点,说明发电装置安装距离应尽量避免为零,且这一安装位置与阻尼系数无关,而与频率有关。研究结果将为后期海洋动能发电装置的安装布放提供借鉴。

水下探测与通信模拟实验系统设计

针对目前水声系统存在的复杂度高、技术难度大、研制成本高等问题,基于虚拟仪器和软件无线电技术,设计了水下探测与通信模拟实验系统。详细阐述了系统的工作原理和组成,完成了系统的软件与硬件设计。系统采用基于PC构架的模块化设计方案,具有成本低、可扩展性强、操作简单等优点。实验结果表明:系统可进行水声通信、目标探测等模拟和仿真。

基于水下探测器信息融合的目标识别

在证据理论基本概念的基础上 ,引入证据权的概念 ,依据证据权的不同对各条证据进行转化 ,解决多传感器信息融合中不同等重要信息源的数据融合问题。应用文中的加权证据组合推理模型进行水面舰船识别的仿真 ,仿真结果表明提高了水下探测器目标识别的准确性和有效性。

美国海军正在发展的水下探测系统

本文介绍了目前美国海军正在发展的几种水下探测系统。主要包括:先进可展开系统(ADS),商用现成技术固定式分布系统(FDS-C),商用声学流行技术快速嵌入计划(A-RCI),潜艇拖曳阵系统(TB-29A)和无人水下航行器(UUV)。

基于Arduino Mega 2560的水下探测仪设计与实现

针对有限的水下深度和水下环境的不确定性,探讨并设计了一种基于Arduino Mega 2560最小系统的远程操控水下探测仪。首先通过DC-DC可调降压模块控制输出功率以提供稳定电压,并由螺旋桨通过无刷电机和无刷电调相结合形成推进器,利用Arduino Mega 2560实现水下的自由移动;同时,采用双绞线传输器联合Arduino串口通信完成视频图像的发射与接收,并由电力载波模块进行调制与解调,进而完成实时图传;接着由继电器控制水下观察的LED灯和吸引鱼群的LED诱鱼灯。经过调试,该设计实现了水下1~5 m的前后左右移动、实时的水下视频图像传输、照明和诱鱼等功能。

基于无动力推进与无轴轮缘推进联合的水下探测器设计

本文分析无动力推进水下探测器的推进原理及特点,分析无轴轮缘推进的特点,提出无动力推进与无轴轮缘推进联合的水下探测器推进系统,并对探测器壳体进行设计,对无动力系统浮心调节系统设计,对重心调节系统进行优化。探测器的外观为全封闭设计,采用4个位置矢量布置的无轮缘推进装置及变浮心、重心联合推进,消除了轴系和传动装置的损失以及螺旋桨的空泡损失,该探测器完整的外形使探测器隐蔽性更强、可靠性更高,该联合推进系统使探测器具有全向运动能力,并具有高度灵活的运动能力。

应用合成孔径声纳水下探测技术维护海洋权益的研究

介绍了维护海洋权益的意义及当今国内外维护海洋权益的现状,提出应用合成孔径声纳水下探测技术维护海洋权益的方法,从而提高海洋权益维护的处理质量和效率,达到应用高尖端科技技术维护海洋权益的目的。

坪口2号桥10号墩裂缝水下探测研究

以沪昆铁路坪口2号桥10号墩为研究对象,采用水下探测成像技术,取得桥墩水下部分的影像资料。通过对影像资料的分析,得出病害发生的原因以及墩身状态,并制定出解决方案。水下探测成像技术相对其他探测技术,有着直观、准确等优势。将砌体结构看成由砌块、砂浆以及它们之间的粘结带组成的复合结构体,从受压砌体的工作原理入手探寻砌体桥墩裂缝发生的原因。

水下探测器测试方法研究

设计一种简易的测试装置,通过与探测器进行水池联调,可方便地对水下探测器的性能进行测试。

水下探测微电容超声波换能器线阵设计与封装

提出一种应用于水下探测的低频微电容超声波换能器阵列。在分析微电容超声波换能器阵列复合结构和工作原理的基础上,建立了换能器阵元和一维线阵的指向性表达式,并通过分析结构参数对指向性的影响,确定了阵列几何参数。针对微电容超声波换能器水下应用需求,研究了阵列水下封装方法,通过封装结构设计和封装材料的选取,完成了换能器阵列水密封装。同时,制定了换能器阵列性能测试方案,并搭建了相应的测试、探测系统,经测试换能器线阵-3dB主瓣宽度为5°,最大旁瓣级为-13.5dB,可实现水下1m范围内的目标清晰探测。实验表明,提出的微电容超声波换能器阵列设计和封装方法合理,为改善微电容超声波换能器阵列水下探测性能提供了设计依据。

水下探测通信一体化关键技术分析

水下探测与水声通信相结合的水下探测通信一体化技术具有减小平台体积、降低功耗、提高隐蔽性等优点,但声呐的物理特性、声特性以及水声环境等因素制约了该技术的发展。结合现有雷达通信一体化、水下探测与水声通信技术,研究了共享体制下基于通信信号的水下探测通信一体化技术,分析了常用水声通信调制方式的探测与通信性能,选取了适合水下共享波形的调制方式。针对单基地工作模式,提出了多级自干扰抑制方法以及利用通信信号特点进行目标方位估计与检测的方法,设计了发射泄漏模拟抵消器。针对双基地工作模式,利用空域矩阵滤波方式进行直达波的消除,分析了信噪比、误码率与探测性能的关系,同时利用直达波获取的发射信号与回波信号进行匹配滤波,提高了目标参数估计与检测性能。

低功耗水下探测器设计

水下探测器是海洋环境监测的重要设备,为解决传统水下无人探测器续航能力弱的问题,设计了一种新型的低功耗水下探测器。该探测器采用新型集成式传感器,降低了传感器的功耗;具备扩展接口,可搭载其他传感器或推进装置;能量采集模块用于获取探测器周边环境能量,提升探测器续航能力;主控电路采用了低功耗设计,对电路系统各模块的功耗进行精准调控,优化供电逻辑,将功耗降至普通工作电路的1/3,大大提高探测器的集成度和续航能力。