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。

窄带弱信号的线谱检测——相干累加频域批处理自适应线谱增强方法

为了提高声纳远程弱信号或强干扰背景下的线谱检测能力,提出了一种利用相干累加频域批处理(coher-ent addition and frequency domain batch,CAFB)自适应线谱增强技术实现窄带弱信号线谱检测的新方法.该方法将接收信号进行相干累加预处理,使输出信噪比获得提高.提取线谱采用时域自适应线谱增强方法(adaptive line en-hancement,ALE),无需独立的参考信号,自适应地与相关的正弦或窄带信号进行匹配,可以从加性宽带噪声背景中将正弦或窄带信号分离出来.同时将频域批处理方法引入时域自适应线谱增强算法,有效地减小了算法的计算量.仿真和湖试、海试试验结果表明,该方法提高了低信噪比条件下的弱信号线谱检测能力,在获得较高的检测处理增益的同时解决了实时处理的运算量问题,使工程应用得以实现.

基于C6678多核数字信号处理器的声纳信号并行处理设计

针对多核并行机制下,共享资源争夺激烈,硬件能力提升难以切实转变成程序效率提高的难题,通过协调存储器访存和核间同步等关键问题,研究了一种基于C6678多核数字信号处理器的声纳信号多级并行处理方法,包括核间流水线设计、数据传输与中央处理器并行设计和指令流线设计。以声纳二维相控方位滤波为例,介绍各级设计的实现方法,逐个测试并行性能,并编制实时处理软件。测试结果表明,该方法能够实现存储器访问和中央处理器运算并行,极大提高程序执行效率。通过采用该方法开发的实时处理系统,具有集成度高和实时性强的优点,获得了高航速下海中浮球和配重条石清晰的实时成像效果,具有工程应用价值。

基于深度学习的合成孔径声成像智能检测方法

深度学习方法已在图像识别领域有了广泛的应用,相较于光学图像识别,合成孔径声呐图像识别存在图像分辨率低、小目标特征模糊、样本获取困难、缺少完备样本集的问题。为此,文章提出一种改进Faster R-CNN(Faster Region Convention Neural Network)模型的合成孔径声成像目标检测方法,采用添加注意力机制的金字塔特征提取网络,提高特征模糊样本中小目标检测概率,采用梯度协调机制的区域适应网络解决简单样本和困难样本分布不均问题。通过实际合成孔径声成像数据验证表明,该方法较好地实现了合成孔径图像中多类别小目标的智能检测。

基于小波系数相关性和模糊理论的声纳图像处理

针对声纳图像在生成和采集过程中产生大量的混响,提出了一种改进的基于小波系数相关性与模糊理论的声纳图像混响抑制与增强算法.该算法通过在计算过程中考虑下一个尺度中对应部位局部特性,构造局部相关性系数矩阵,提高边界定位精度.在滤波的同时,该算法采用基于模糊理论的增强算法对有用信息进行增强.实验结果表明,与其他常规算法相比,该算法明显降低了声纳图像的平均均方误差(MSE)和平均绝对误差(MAE),提高了峰值信噪比(PSNR),更适合于处理声纳图像.

国内相控阵ADCP技术的开发研究

声学多普勒海流剖面仪(ADCP)是海洋勘测领域的一项高新技术,ADCP的相控阵技术在换能器阵体积重量不增大的条件下进一步提高了测量范围和测速精度。本文着重介绍我们开发相控阵ADCP的情况及实时处理的湖上试验结果。试验表明相控阵ADCP测流原理是可行的,测量精度可达到1cm/s。

自适应宽带多途干扰抵消的实时处理算法

拖线阵声呐拖船噪声是一个典型的宽带多途干扰,在自适应干扰抵消(AIC)技术中,宽带多途干扰抵消是一大难点。本文通过多途信道模型分析,研究了时域AIC和频域AIC抗多途干扰的适用条件。着重介绍了在拖线阵声呐自适应拖船噪声抵消中实际采用的、一种批处理变换域自适应干扰抵消的实时处理算法。计算机模拟和实际拖船噪声抵消的仿真研究结果表明,批处理变换域AIC方法具有一定的抗多途角扩展干扰性能。

拖线阵自适应本舰噪声抵消系统

本文根据自适应噪声抵消的基本理论和拖线阵本舰噪声的时空特性,提出一种利用端射波束作参考、采用最小二乘格形算法的拖线阵自适应本舰噪声抵消系统模型。理论分析和计算机模拟表明,本系统是一个较理想的次最佳本舰噪声抵消模型。本系统对实际拖线阵试验数据的处理亦取得了较好的效果。

一种组合干扰模型的水声对抗与反对抗研究

本文提出一种新的水声对抗战术模型及其反对抗措施.对抗模型是将远距离支援的噪声干扰器和近距离投掷的回声重发器组合使用.它具有干扰效果强,反对抗难的特点.反对抗措施采用了心动阵列处理技术和并行空间阵处理技术相结合的系统方案.计算机模拟结果表明该系统具有较好的反对抗效果.

一种基于最大熵分割和特征联合判别的图像目标自动报警方法

由于SAS海底成像中含有众多假目标,影响自动报警,因此提出了一种基于最大熵分割和目标形状特征判别的SAS图像目标自动报警算法。首先通过图像的水、底分离,利用最大熵原理的双阈值分割法实现可疑目标初步检测,然后根据不同类型目标构造相应的结构元,通过腐蚀膨胀操作实现可疑目标的二次检测,最后通过目标的形状特征判别,实现目标自动报警。实际数据处理结果表明,该算法能够有效实现SAS图像球目标和柱状目标的自动报警。

切变平均自聚焦算法在合成孔径声呐成像中的应用

介绍一种利用混响背景处理的切变平均(shear-average)自聚焦方法,它不需要明亮点且具有较小计算量,仿真和实际数据处理结果表明,对于宽带、宽波束单个发射-接收阵的SAS系统,当场景变化比较平缓时这种算法能够良好估计运动偏差。同时本文提出一种改进后的幅值加权方法可以削弱强目标散射点的影响。

一种基于线状目标特征点集的声呐图像配准方法

针对合成孔径声呐多测线图像拼接问题,提出一种基于线状目标特征点集的图像配准思想。首先使用Canny算子找出图像中线状目标边缘,优化选取出待匹配点,构成特征点集。通过Hausdorff距离计算点集间位置结构相似程度,找到两幅图像匹配点,并消除伪配准点,最后通过配准的线状目标特征点集实现图像的拼接。实验表明,针对线状目标特征图像的点集选取和图像配准方法具有较好的配准效果。

一种宽容偏航的多阵元高频SAS成像算法

合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)在扫海作业中容易出现较大偏航,而高频合成孔径声呐成像对平台运动误差尤其敏感,多项研究表明偏航会导致目标成像模糊进而直线模型失配而尺度失真。针对此问题,文章提出了一种宽容偏航的多阵元高频合成孔径成像算法,建立了偏航状态下的多阵元合成孔径模型,分析了偏航状态下因回波多普勒频移大于1/2空间采样频率造成的谱模糊、有效孔径位置偏移和多阵元运动误差导致的阶梯状回波现象,提出采用偏航角实时调整空间采样和合成孔径长度,保证模型匹配;通过偏航多阵元运动误差补偿提高成像分辨率。仿真分析和试验数据处理结果表明,该方法可以较好解决高频SAS因偏航导致的目标成像失真与尺度拉长问题,实际工程中有良好的应用价值。

一种运动误差精确补偿的矩阵求和合成孔径成像算法

根据回波数据对波束范围内各目标合成孔径成像的贡献,将其变换为一个图像矩阵,不同回波数据的图像矩阵相干叠加,完成合成孔径处理。首次采用矩阵运算,相比于传统逐点延时求和向量运算,成像效率提高了一倍。提出了一种移位成像运动误差补偿算法,克服了传统补偿算法存在的相位误差方位空变性的影响,实现运动误差的精确补偿。仿真和试验数据处理结果都表明该算法具有成像效率高和运动误差补偿精确的优点。

一种主动声呐的SPOC高分辨率阵处理算法

应用一种新型的SPOC高分辨算法对海底地层进行高分辨成像,该算法有很高的分辨率,也不需要解相干处理。对常规波束形成(CBF),最小方差算法(MVDR),多重信号分类算法(MUSIC)和SPOC四种算法的分辨性能作了比较,最后给出了海试数据处理结果,验证了SPOC算法处理海底地层的有效性。

单快拍约束优化的高分辨方位谱估计技术

研究了一种新型单快拍高分辨方位谱估计技术。利用柯西-高斯信号模型,将方位谱表示成一个正则化的空域傅里叶变换约束优化问题,寻求目标在空间中的稀疏分布特征,在单快拍内实现高分辨方位谱估计,且无需解相干即可分辨相干源。进一步提出一种不依赖于模型参数的谱估计器,以提高算法的稳健性。仿真和水下三维成像海试数据分析表明,本文方法能有效改善目标方位分辨力。

一种虚拟阵元扩展的低频成像声呐方位高分辨阵处理算法

随着小目标探测三维成像技术发展,小平台低频成像声呐对方位高分辨算法需求十分迫切。低频成像声呐的方位高分辨算法需要解决相干干扰问题,在孔径较小在情况下,常用的子阵平滑技术解相干能力较差。针对上述情况,提出了一种虚拟阵元扩展的低频成像声呐方位高分辨阵处理算法,通过子阵平滑技术与空间重采样技术融合,解决低频三维成像声呐在相干干扰环境下的方位高分辨成像问题,利用虚拟阵元扩展技术进一步提高子阵平滑、空间重采样最小方差算法的解相干能力与稳定性。仿真研究表明,与SS-SRMV算法相比,VA-SS-SRMV算法的解相干能力有明显的提高。湖试数据验证,在相同物理孔径下该算法较常规多波束方法成像分辨率有明显提高。

声速误差对SAS方位分辨率的影响研究

声速误差是制约SAS分辨率提高的重要因素,理论分析了声速测量误差和声速梯度对合成孔径声呐方位分辨率的影响,研究指出声速测量误差引起的方位分辨率降低量,随探测斜距近似线性增大;声速梯度引起的降低量,随探测深度近似二次方增大,并作仿真验证。

基于图像轮廓追踪的蛙人目标自动检测算法研究

针对城市港口警戒声呐图像具有对比度模糊、背景目标复杂、混响干扰多的特点,研究一种港口声呐图像中蛙人目标的自动检测算法。首先通过累计波束形成和抗混响处理输出后的结果,形成各方位角上的时间-距离图像,其次通过帧图动态门限分档幅度判决、两维积分幅度判决、边缘缝补处理以降低噪声干扰对图像质量的影响,然后采用特征轮廓追踪法自动检测不同类型图像目标,最终将不同方位上的检测结果汇总到方位-距离图像中,获得蛙人目标运动轨迹。仿真结果表明:该方法能有效的自动检测港口声呐图像中蛙人目标,有较好的工程应用价值。

一种基于亮点的合成孔径声呐图像域自聚焦算法

提出一种能够应用于合成孔径声呐的基于亮点的分块相位梯度自聚焦算法(Mosaic Phasegradient Autofocus,MPGA)。通过对亮点区域分块处理使每个SAS图像子块的模糊函数保持不变,利用PGA算法计算模糊函数的相位,将相位补偿到原图像,使模糊SAS图像得到聚焦。