基于基尔霍夫近似模型的南海大黄鱼声学目标强度研究

渔业声学是评估鱼类丰度和分布的重要方法,而大黄鱼(Larimichthys crocea)的声学评估常受限于目标强度(Target strength,TS)数据不足。基于此,利用基尔霍夫近似模型(Kirchhoff approximation model)对南海地区养殖大黄鱼的目标强度进行了测定和计算,并探究了其姿态倾角、体长(L)及声波频率等因素与目标强度的关系,旨在补充大黄鱼的目标强度数据,为南海渔业资源的声学评估提供科学参考。结果表明,在38、70、120和200 kHz频率下,大黄鱼的目标强度与体长间的拟合关系分别为TS=20lgL-74.12、TS=20lgL-74.34、TS=20lgL-71.98和TS=20lgL-70.01。在相同频率下,大黄鱼的目标强度随体长的增加而增大,并且在姿态倾角介于-20°~-10°和10°~20°时表现出较高的目标强度,这与其体鳔夹角、运动姿态和生活习性相符。当频率超过70 kHz时,大黄鱼的目标强度随频率的上升而增加,但非线性关系。

光纤传感用于海缆扰动探测的试验研究

海缆是海缆基础设施供电和通信的关键载体,海缆监测对于保障海缆基础设施安全稳定运行具有重要工程意义。针对海缆扰动监测需求开展海缆扰动探测试验研究。首先,搭建基于分布式光纤传感技术的海缆扰动探测试验系统,并接入南海深海海底观测网试验系统海缆暗光纤进行扰动探测试验,试验结果表明本系统能够有效探测铁锹拍击、车辆振动、海水冲刷及台风影响引起的海缆扰动。然后,根据海缆光纤瑞利背向散射(Rayleigh Backscattering,RBS)幅度信号特征,提出一种基于双向长短期记忆(Bidirectional Long Short-Term Memory,BiLSTM)神经网络的海缆扰动定位方法,本方法以海缆光纤RBS幅度信号的谱熵和瞬时频率作为特征参量输入,使用海缆光纤RBS幅度信号样本对本方法进行测试,结果表明本方法对海缆沿线扰动信号和非扰动信号的平均检测准确率高于99.6%。将海缆扰动探测试验系统与海缆扰动定位方法结合应用于海缆监测可有效探测海缆沿线扰动。

基于小波变换的信号奇异性检测研究

信号的突变性或奇异性经常携带有比较重要的信息,它是信号重要的特征之一。本文介绍了小波变换的基本概念,讨论了小波变换的奇异性检测方法,可以应用于海洋声波信号的奇异性检测。阐述了高斯和Daubechies小波函数的信号奇异性检测原理及其MATLAB仿真实现,分析了信号奇异点的定位方法和小波检测效果,并指出了利用此方法时对所用小波函数的要求及小波尺度的选取对检测结果的影响,为非平稳信号的奇异性检测的研究提供了一种行之有效的方法。

基于小波去噪的回波信号处理研究

通过对接收到的回波信号的小波变换系数进行阈值去噪处理，可以有效降低噪声。本文介绍了小波去噪的基本概念，讨论了小波去噪的方法和步骤，对小波去噪过程中选择的MATLAB应用函数进行说明。用实例比较分析了haar小波、Daubechies小波族和Symlets小波族在去噪过程中的效果，为小波基函数的选择提供了有用的参考。

薄板总体隔声量与尺度关系研究

为了得到板材测试件尺度对隔声量的影响规律,本文主要通过薄板弯曲振动模型,讨论了安装边界的约束影响,从理论上研究了单层均匀薄板总体隔声量与板尺度,特别是面幅尺度的关系,找出了板材测试件尺度对总体隔声量的影响范围和程度,对不同尺度板材隔声量测量及修正具有一定指导意义。最后将理论结果与相关实验数据进行对比,分析了一致性和存在问题,对进一步完善和扩展该理论有重要作用。

南海北部浅海声场起伏及统计特性

水下声场的时间积分声强和峰值声强是声呐检测中的重要物理量,而海洋中的内波等动力学过程会造成声场强度的起伏。对南海北部浅海内波环境下定点声起伏实验数据分析,结合数值仿真,总结了试验海域近海底发射和近海底接收条件下内波引起接收信号强度起伏的统计特性.分析结果表明:接收信号的时间积分声强起伏小于峰值声强起伏;时间积分声强与峰值声强起伏的概率分布与对数正态分布较为接近.时间积分声强和峰值声强起伏大小与信号的频率有关,同一收发距离,中心频率650 Hz信号的声强起伏较中心频率310 Hz和375 Hz信号的声强起伏更为剧烈。对于同一频率,当海底较平坦时,声强起伏的闪烁指数随传播距离的增加而增大;当水深随传播距离逐渐变深时,声强起伏规律受内波和水深变化共同影响而更为复杂,闪烁指数先随传播距离增加而增大,之后又随传播距离的增加而逐渐变小.

基于元学习及域自适应的生成式文本隐写分析方法

生成式文本隐写方法能够生成流畅、自然的隐写文本,给文本隐写分析带来了巨大挑战。当源域(训练文本)与目标域(测试文本)使用相同隐写算法,且在相同语料库下训练时,基于神经网络的文本隐写分析方法具有较好的检测性能。然而在实际应用中,我们无法预测待检测文本是采用何种隐写算法及在何种语料库下训练所生成,导致大多数基于神经网络的文本隐写分析方法难以实用。为解决这个问题,引入了元学习及域自适应的基本思想来提高隐写分析模型的泛化检测能力。我们采用预训练语言表示模型RoBERTa构建了一个词重要性语义编码模块,以充分提取文本语义特征。针对所得特征,提出了一个词间关联多尺度感知模块来关注由隐写导致的存在于相邻词与非相邻词之间的词间关系变化。实验结果表明,在多跨域场景下,该方法相较于现有文本隐写分析方法Fs-Stega检测准确率平均提高了9%。

快速收敛的低复杂度稀疏水声信道估计方法

针对水声信道的稀疏特性,该文基于集员L1范数约束比例调节仿射投影算法,在不增加稳态误差的前提下,首先采用一种鲁棒集员滤波思想,通过设定动态误差门限加速算法收敛速度;另外针对其矩阵计算复杂度高问题,利用历史的比例调节矩阵优化信道更新方程,使得某些过程矩阵可通过递归方法更新,从矩阵运算角度降低了计算复杂度。湖试和海试数据处理结果表明,面对弱时变和强时变信道时,此方法相对已有稀疏水声信道估计方法略微降低稳态误差的同时具有更快的收敛速度,并从矩阵运算和迭代次数两个方面降低了计算复杂度。

Swin-Transformer故障信息挖掘的海底观测网故障定位方法

海底观测网长期受海洋环境与人为因素影响,易使光电复合缆绝缘破损与海水接触形成电学故障点。如何准确地定位电学故障点,对提高海底观测网输电与信息传输的可靠性至关重要。首先根据海底观测网输电结构建立海底观测网输电模型,推导与模拟电学故障点传播至观测点的暂态电流,然后由连续小波变换提取暂态电流与故障点对应的内在关联特征量,最后通过Swin-Transformer神经网络挖掘内在关联特征量与故障距离的匹配关系来定位电学故障点。研究结果表明,在内在关联特征量样本测试集条件下,光电复合缆≤160 km的电学故障点定位误差小于400 m,可为长距离光电复合缆的海底观测网电学故障点定位提供参考。

浅海中孤立子内波引起的声能量起伏

当孤立子内波的波阵面与声传播路径所成角度较大时,简正波耦合是导致声信号起伏的主要因素。研究了浅海中孤立子内波引起的声能量起伏规律,给出声场起伏的耦合简正波表达式,并使用抛物方程模型进行仿真。数值分析表明,接收点声强随时间变化呈准周期性。在频谱图中能够得到声强起伏的主导频率,主导频率与孤立子内波沿声传播路径的移动速度成正比,与无扰动波导中简正波在距离上的干涉周期(对应于射线理论中临界声线的跨度)成反比,与孤立子内波的形状无关。此外,对声强频谱的垂直结构进行了分析,该结构与对声场起伏起主要作用简正波的本征函数相关。

深海不平海底对声场水平纵向相关性的影响

海底地形变化对与海底作用的声反射区声场空间相关性有重要影响。利用南中国海某深海海域的一次声学实验数据,对深海海底反射区的声场空间相关性进行了分析。实验观测到,在距离声源约29 km至35 km距离范围处,不平海底环境下的水平纵向相关性出现了一些不同于平坦海底环境下的振荡结构,利用射线声学理论分析并解释了这两种不同海底环境产生水平纵向相关差异的原因。结果表明,在深海平坦海底方向一次海底反射到达区,对声场起主要贡献的经过一次海底反射声线间的到达时间差随着水平距离的增加而逐渐减少,从而干涉叠加后的相位差在[0,2π]内发生周期性变化,导致该区域声场的水平纵向相关性随着间距增加呈周期性振荡现象;而不平海底方向的海底小山丘恰对一次海底反射声线的阻挡影响,不仅使得与平坦海底方向相同区域的声传播损失明显增大,而且由于相对更多的本征声线路径的复杂多途干涉,该区域水平纵向相关性不再呈现明显的振荡周期,相关系数也有所下降。研究结果对于分析在深海复杂海底地形环境下的声呐阵列探测性能具有重要意义。

深海海底斜坡环境下的声传播

海底地形变化对声传播具有很大影响,在南海深海区域海底斜坡环境下进行了一次声传播实验,实验显示倾斜海底环境下声传播损失出现了一些不同于平坦海底环境下的现象,分析并解释了海底地形变化对产生声传播差异的原因.结果表明,海底斜坡对声波的反射增强作用可使斜坡上方的声传播损失减少约5 d B.当声波第一次入射到达的海底位置有较小幅度的山丘(凸起高度小于1/10海深)时,海底小山丘即可对声波有反射遮挡作用,导致在其反射区特定传播距离和深度上出现倒三角声影区,比平坦海底环境下相同影区位置处的传播损失增大约8 d B,影响深度可达海面以下1500 m.而海底斜坡对声波的反射阻挡作用使得从海面反射及水体向下折射的会聚区结构消失,只剩下从水体向上折射的会聚结构.因此,海底地形对深海声传播影响较大,在水下目标探测和性能评估等应用中应予以重视.

南海北部海水声速剖面声学反演

2009年6月在南海北部进行了一次海洋环境和声学同步观测实验.实验观测到内波活动导致水体声速剖面随时间和空间起伏.从温度链长期观测数据提取出声速剖面经验正交函数(EOF).数值仿真研究了水平变化海洋环境下平均声速剖面的声学反演,结果表明,反演结果与传播路径上的平均声速剖面具有很好的一致性.在此基础上,利用实验中垂直接收阵记录的宽带爆炸声源信号反演海水声速剖面,并与实验测量声速剖面进行比较,验证了匹配场声学反演海水声速剖面的有效性和稳定性.

不确知海洋环境下的贝叶斯声源定位法

为了提高不确知海洋环境下的声源定位性能,贝叶斯声源定位法将环境参数与声源位置同时反演。该方法利用遗传算法在参数空间中寻优,将后验概率密度在环境参数起伏变化范围内积分,得到声源距离和深度的边缘概率分布,从中求得声源位置的最优值,并进行定位结果的不确定性分析。考虑到海底密度和衰减系数对匹配场处理代价函数的敏感性较弱,利用海底参数之间的经验关系实现这两个参数的间接反演。处理并分析了2000年的一次黄海声传播实验数据,研究表明,贝叶斯声源定位法对环境失配有较好的宽容性。采用经验公式可减少待反演参量维数,进一步提高定位的精度。

一种地声参数的联合反演方法

根据地声参数对不同声场物理量影响不同,提出了一种利用简正波频散特征结合声传播损失反演地声参数的联合反演方法。首先,考虑到简正波的频散特性(群速度)对海底的密度和声速较为敏感,而对海底吸收系数不敏感,利用自适应时频分析方法,获得不同频率不同号数简正波的到达时间差,以此作为代价函数,采用全局优化算法,反演出海底密度和海底声速的分层结构,并用概率统计的方法评价反演结果的有效性。反演出海底密度和声速后,利用实验船辐射噪声得到随距离连续的声传播损失来反演出海底吸收系数。最后,把反演的参数很好的用于声源匹配定位验证了反演结果的有效性。

一种基于运动矢量空间编码的HEVC信息隐藏方法

HEVC(High Efficiency Video Coding)是ISO/IEC和ITU-T联合制定的最新的视频编码标准,该文提出了一种基于运动矢量空间编码的HEVC信息隐藏方法.文中首先给出了运动矢量空间的构建及编码方法,并定义了运动矢量集合与该空间中点的映射关系;其后,给出了通过修改运动矢量集合映射值进行信息隐藏的方法.文中的方法实现了在N个运动矢量分量中最多改变一个分量即可嵌入一个2 N+1进制数的效果,具有较高的嵌入效率.此外,文中的方法仅选择CTU(Coding Tree Unit)中尺寸最小的N/2个PU(Prediction Unit)的运动矢量作为嵌入载体,使得隐写所引入的视频附加失真进一步减小并提升了隐写的透明性.最后,通过实验证实了该文的方法可行且具有优良的性能,具有良好的应用前景;而且,该文通过构造虚拟空间进行信息隐藏,给出了一种提升视频信息隐藏算法嵌入效率的新途径.

三维绝热简正波-抛物方程理论及应用

复杂海域通常存在环境参数的水平变化,这会导致声波在传播过程中发生水平折射,呈现出三维效应.利用绝热简正波-抛物方程理论进行三维声场建模,在垂直方向上使用标准简正波模型KRAKEN求解本征值和本征函数,水平方向上使用宽角抛物方程模型RAM求解简正波幅度.该模型物理意义清晰,计算效率高,但由于忽略了各号简正波之间的耦合,只适用于环境参数水平变化缓慢的问题.使用该模型分析了内波环境和大陆架楔形波导中的声波水平折射现象,结果表明,声波的水平折射将水平平面分为不同区域,每个区域内的声场结构明显不同.此外,声强在水平平面内的分布与声源频率和简正波号数有关,这种依赖关系是导致声信号频谱变化、波形畸变以及声场时空扰动的主要原因.

基于码书关联网络的基音调制信息隐藏检测

基音调制信息隐藏在进行基音预测时嵌入机密信息,可在低速率语音压缩编码过程中进行高隐蔽性的信息隐藏,文中试图对该种隐写进行检测.文中发现该种隐写将导致压缩语音流中相邻语音帧自适应码书的关联特性发生改变,文中以此为设计隐写分析算法的关键线索.为了量化该种关联特性,文中设计了码书关联网络模型并基于该模型得到了对隐写敏感的特征向量.最后,基于所得特征向量并结合SVM(Support Vector Machine,支持向量机)构建了隐写检测器.针对典型的低速率语音编码标准G.729以及G.723.1的实验表明,文中方法性能优于现有检测方法,实现了对基音调制信息隐藏的快速有效检测.

孤立子内波引起的高号简正波到达时间起伏

在新泽西附近海域进行的浅海实验(SW'06)观测到了大量的孤立子内波。利用SW'06海洋环境资料分析了有无孤立子内波存在时的脉冲声到达时间起伏。发现当孤立子内波出现时,1号简正波到达时间较为稳定,而一些高号简正波到达时间比第1号简正波提前,且随着温跃层深度变化而起伏。经射线理论分析表明:由于孤立子内波出现,导致温跃层深度下降,进而引起满足一定掠射角条件的高号简正波将主要在温跃层上传播。这类高号简正波到达时间对孤立子内波活动敏感,有可能被用来监测浅海中的孤立子内波。

高效的线性预测语音编码信息隐藏方法

为在线性预测语音编码器中进行信息隐藏,将语音码流中由线性预测系数矢量量化过程产生的所有可嵌入位置映射为一个信息隐藏空间,在空间中利用矩阵编码方法找出需要修改的位置并使用量化索引调制进行修改。引入了混沌理论以及可调安全等级的概念对嵌入位置及嵌入模版进行选择,进一步提高隐写的隐蔽性。实验结果表明,与现有方法相比,该方法在同等嵌入容量下具有失真小、隐蔽性高等优点。