基于一维卷积神经网络的舰船尾流检测

为了提高舰船尾流的检测准确率,提出一种基于一维卷积神经网络(1DCNN)的舰船尾流检测方法。利用舰船尾流散射回波模型构建仿真数据集,通过水箱仿真实验验证散射回波模型的可靠性并构建实验数据集,最后综合考虑不同结构模型的检测准确率和参数量搭建了1DCNN并与传统检测算法(基于单分类支持向量机和反向传播神经网络)在数据集上进行对比分析。仿真结果表明,相比与传统检测算法,文中所提出的1DCNN提高了不同信噪比下舰船尾流的检测准确率和检测效率,具有较好的工程应用价值。

多特征融合红外舰船尾流检测方法研究

针对舰船热尾流红外图像易受海杂波干扰、对比度偏低,传统方式无法对其进行识别的问题,提出一种基于Gabor滤波组和局部信息熵特征融合的红外舰船尾流检测算法。首先,应用灰度共生矩阵计算尾流与海面背景的对比度,判断该区域是否存在舰船尾迹,并提取出感兴趣区域以提高算法后续处理速度;其次,将多方向Gabor滤波器和局部信息熵两种纹理进行特征融合,实现舰船尾流特征增强;最后,经阈值分割、Hough变换实现红外舰船尾迹检测。实验结果表明,该方法能够有效地保留舰船尾流的纹理特征和细节,准确地提取完整的尾流边缘,从而大大提高检测率。

基于时频分析和迁移学习的舰船尾流检测方法

舰船尾流检测是当今水下航行器检测及跟踪水面舰船的有效途径之一。然而,基于时域特征的传统尾流检测方法受限于主观经验及复杂多变的海洋环境,在舰船尾流智能检测方面具有一定的局限性。针对复杂环境下传统尾流检测方法精度和适应性不足的问题,引入深度学习理论提升模型的自主学习和环境适应能力,且考虑到舰船尾流样本获取困难,提出了一种基于时频分析和迁移学习的舰船尾流检测方法。该方法首先利用短时傅里叶变换提取尾流信号的时频域特征,然后采用参数冻结和微调的策略,完成预训练卷积神经网络的模型迁移,最终实现了小样本下舰船尾流的有效检测。结合实航数据的尾流检测试验,结果表明:相比于传统尾流检测算法,基于时频分析和迁移学习的尾流检测方法正确率提升了10%左右,最高可以达到97.49%,兼具了时间成本低、样本需求少和识别性能高的特点,具有明显优势。

激光脉冲宽度对远距离尾流气泡后向检测的影响

为了分析激光脉冲宽度对远距离尾流气泡后向检测的影响,基于Fournier Forand体积散射函数,通过Monte Carlo方法建立了水中激光脉冲后向散射信号时域特征的分析模型.利用该模型研究了初始激光脉冲宽度不同时,水中远距离舰船尾流气泡的激光脉冲后向散射信号变化情况.结果表明:随着初始激光脉冲宽度的增加,后向散射信号中水体散射信号与尾流气泡回波信号的轮廓变得模糊;当脉冲宽度增大到一定程度时,无法从后向散射信号中辨别出回波信号;并且,随着尾流区气泡散射强度的减小以及气泡区与检测器之间距离的减短,这种变化趋势变得更加明显.基于仿真结果,提出一种基于逆卷积运算的尾流气泡回波信号提取方法.

舰船尾流侧向声检测方法

舰船尾流声检测是水下航行体实现自动搜索、跟踪、攻击水面舰艇目标的最有效途径之一,当前工程应用和相关研究主要集中于从尾流下方实施的顶视声尾流检测方法。为了进一步研究水下航行体新型尾流检测技术,提高尾流自导性能及抗干扰能力,研究了舰船尾流的侧向声散射检测方法。分析了舰船尾流的几何特性和声特性,进行了实验室模拟尾流的气幕声散射特性研究,并对实际大型舰船目标的尾流进行了侧向声散射检测试验。试验结果表明,舰船尾流侧向声检测方法可以持续、有效检测到目标舰船的尾流,为水下航行体检测舰船尾流提供了新的可行途径。该方法为有效跟踪和精确打击水面舰艇目标等提供了重要基础,具有实际工程应用价值。

利用改进单分类支持向量机提升舰船尾流目标的检测准确率

舰船在航行过程中会在尾部产生一段包含大量气泡的湍流区域,通过对尾流的声学检测可以有效地跟踪船舶。基于一种改进单分类支持向量机(OCSVM)算法,利用无尾流情况下回波信号作为训练集的一个最优分类器,用于尾流回波信号模式判断。对回波信号进行降噪处理,进而提出一种自适应特征提取方法对回波信号进行处理;将特征提取作为输入,使用两层决策边界的双阈值OCSVM算法进行尾流检测。仿真结果表明,与常规OCSVM算法相比,改进算法在不同信噪比下的检测准确率均有提升,检测准确率最高可达96.27%,具有较好的工程应用价值。

光检测尾流特征中抑制背景干扰的方法

依据鱼雷光检测尾流的背景干扰的主要来源及其特征,给出了有效抑制背景干扰的方法。理论和实验研究表明,采用以下方法,可有效抑制背景干扰:给光电探测系统加装窄带光谱滤波器,其透光的谱线宽度应恰好覆盖照明激光的辐射频谱,由于照明激光的谱线很窄,可有效抑制环境背景光的干扰;对于气泡的前向散射和后向散射,采用前向散射测量能较好地抑制水分子、水中固体悬浮颗粒的散射干扰;在测量气泡散射的各种物理量中,测量气泡的散射光空间频谱分布,通过高斯拟合,以散射光空间频谱分布的线宽表征气泡的空间分布,是一种有效的光检测尾流方法,并且可以进一步抑制与激光光谱重叠部分环境背景光的干扰。研究结果为光检测尾流的实际应用奠定了理论和实验基础。

差动激光多普勒尾流探测方法

利用差动激光多普勒探测法,研究了能够探测尾流中气泡和湍流分布的光学诊断方法。实验研究了模拟尾流场中运动气泡及湍流的后向散射光的多普勒频移谱特性。采用差动相干探测法获得了模拟尾流场的流速,测量值与实际流速误差小于1.5%。实验结果表明:相干光束夹角对散射光频移量具有明显影响,散射光多普勒频移量随两相干光夹角的增大而增大;气泡运动引起的频移主要集中在低频端,为一宽带谱;并且频移谱的宽度随气泡数密度的增大而增大。频谱的这一特征可作为舰船尾流识别的判据之一。

提高弹道准确性的尾流自导设计

为了提高鱼雷尾流导引弹道的准确性,该文对尾流自导设计中的3个关键问题进行了理论分析。首先,提出了一种累计比较法用以形成尾流检测标志,克服了尾流边缘随机变化导致的尾流检测标志不准确;其次,利用鱼雷进出尾流时刻的坐标值对尾流导引中的尾流走向和尾流宽度进行了计算,使鱼雷入尾流后尽可能的沿尾流走向航行,形成双波束导引,较传统方法计算更加简单有效;最后,介绍了尾流中断层对鱼雷弹道的影响以及克服鱼雷在尾流断层中错误导引的方法。分析结果表明,该方法可以有效提高弹道导引的准确性。

舰艇回转规避尾流自导鱼雷仿真研究

从水面舰艇反鱼雷对抗技术角度出发,建立了鱼雷弹道、舰艇尾流、尾流检测,以及水面舰艇对抗尾流自导鱼雷等相关模型。通过大量仿真计算和分析,研究了舰艇回转规避对抗尾流自导鱼雷的效果,得出了有参考价值的结论,可为舰艇反鱼雷水声对抗作战提供一定的理论依据。

一种舰船尾流探测系统设计

探测舰船尾流是间接探测舰船及水下航行器的一种新方法,有着广阔的应用前景。设计实现一种利用激光照射尾流气泡,通过测量气泡后向散射光空间频谱强度来探测尾流气泡的舰船尾流实时探测系统。系统设计方案采用线阵CCD光信号采集,A/D模数转换,DSP数据处理,USB接口输出四级流水线方式工作。该探测系统稳定性好,探测精度高,结果准确,有一定的先进性。

舰船尾流气泡后向光学检测方法研究

为探索舰船尾流后向光学检测方法,研究了尾流气泡对水中激光脉冲后向散射特性的影响。首先基于Fournier Forand体积散射函数,利用蒙特卡罗(Monte-Carlo)方法理论分析了近距离尾流气泡对激光脉冲后向散射特性的影响。然后,采用蓝绿激光脉冲作为光源,实验研究了模拟尾流气泡对激光脉冲后向散射信号的影响。研究表明,尾流气泡的存在会使得激光脉冲后向散射信号前沿位置在时域左移,后沿位置在时域右移,信号时域宽度增加,能量增强,峰值增大且位置在时域左移。最后根据研究结果提出了一种基于激光脉冲后向散射信号特征变化的舰船尾流气泡后向检测方法。

尾流气泡群的激光多普勒检测方法

提出了一种基于气泡群后向散射光多普勒频移谱特性的舰船尾流检测方法。利用蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对尾流区运动气泡群后向散射激光多普勒频移谱进行了理论模拟,分析了气泡数密度和速率分布对后向散射光信号多普勒频移谱特性的影响。在此基础上,利用差动型激光多普勒探测方法,实验研究了模拟尾流气泡群后向散射光多普勒频移谱特性,实验结果与理论模拟基本符合。研究表明,随着尾流中气泡数密度和速率分布范围的增大,后向散射光信号的多普勒频移谱的幅度、截止频移也随之增大。这证明了激光后向散射多普勒频移谱特性分析法可作为一种有效的尾流检测方法。

国内尾流光学检测研究进展

以检测参量为主线,综述了国内尾流光学检测近15年的发展历程。归纳了已有的连续激光散射强度检测、成像检测、脉冲回波检测和偏振检测等四大类不同的尾流光学检测方法,介绍了不同检测方法的基本原理、发展以及存在的问题。结合检测的新方法、信号处理与抗干扰技术、建立尾流特性数据库和拓展相关应用对尾流光学检测的进一步研究进行了展望。