基于多尺度特征匹配的沉底小目标识别研究

针对无人潜航器搭载声呐在探测沉底小目标时存在混响背景强、目标边缘模糊和存在声影等特征,提出一种多尺度匹配的声呐图像识别方法。首先对声呐图像进行归一化处理,得到声呐回波强度的灰度图像;然后进行高斯低通滤波,增强了强回波区的轮廓特征;进一步采用自适应阈值法分割图像,形成相对独立的连通域;最后根据典型柱状目标在声呐图像中的尺寸、回波强度和声影强度等多尺度特征,提出目标多尺度匹配的声呐图像目标识别方法;将该方法用于不同声呐图像的目标识别,结果表明,利用多尺度匹配的声呐图像识别方法对典型沉底小目标具有较好的识别效果,为水下机器人目标自动识别提供一种有效方法。

基于MobileNetV2的水库沉底目标声呐图像分类方法

针对水库底部探测需求,提出一种基于MobileNetV2的水库沉底目标声呐图像分类方法,解决了声呐目标分类过程中受严重噪声和低信噪比干扰造成分类效果不佳的问题。6种典型水库底部目标声呐图像实际测试结果表明,该算法与VGG(Visual geometry group)、ResNet(Residual network)和Efficient Net等图形分类模型相比,分类准确率和召回率等指标都有所提高,计算复杂度更低。

大当量集团装药水中沉底爆炸特性试验研究

为获得装药沉底爆炸对冲击波和气泡脉动的影响,开展大当量集团装药水中沉底爆炸试验,将试验结果与自由场条件下的理论计算结果进行对比分析,得到了大当量集团装药沉底爆炸的冲击波传播和气泡脉动特性,以及爆炸测量方位角对海底反射效果的影响。试验和计算结果对比分析显示,沉底爆炸时海底反射对冲击波起到明显增强作用,同一底质条件下测量方位角参数变化对反射作用效果影响较大,近水面测量的冲击波压力时程曲线产生明显的水面截断现象,同时沉底爆炸对气泡脉动影响较大,气泡脉动现象不明显,脉动压力峰值与自由场相比较小,验证了仿真计算和小当量试验的结论;同时,方位角变化对反射作用的影响,也影响到装药沉底爆炸的毁伤能力。

沉底装药水下爆炸冲击波传播规律

应用流体动力学分析软件建立沉底装药水下爆炸仿真计算模型,对沉底爆炸过程进行了数值模拟,得到了沉底装药水下爆炸冲击波传播作用规律:沉底装药水下爆炸冲击波传播满足指数衰减规律;水底影响冲击波的传播,对于爆距较小的水底面测点反射波追上入射波形成马赫波,对于水底附近区域测点则产生水底反射冲击波或稀疏波对入射波造成增强或削弱作用。

装药水下沉底爆炸压力场特性研究

对水下爆炸冲击波进行了概述,分析了影响冲击波传播的因素和球形装药中心起爆时出现驼峰的原因。利用AutoDyn软件对装药在自由场与沉底爆炸二种工况的压力场特性进行了数值模拟,计算中采用透射边界条件代替压力流出边界条件和提高能量守恒误差容许值的办法。仿真结果表明,装药自由场爆炸中,冲击波传播没有方向性;在装药沉底爆炸时,冲击波存在明显的水底反射效应,水底反射对药包上方范围起到增强作用,而对水底附近起削弱作用,当测点与水平夹角大于60°时,冲击波压力峰值增加到一个相对稳定值。

沉底装药水中爆炸现象的实验研究

为获得沉底装药水中爆炸冲击波传播和气泡运动的一般规律,设计开展了沉底装药水中爆炸原理性实验,通过观测记录装药沉底爆炸作用过程,并与装药自由场水中爆炸进行对比分析,得到主要结论:沉底装药水中爆炸存在冲击波水底反射、气泡运动形成水底射流等复杂的载荷效应;沉底爆炸气泡呈半球形依附在水底并同时急剧膨胀,其在收缩运动中连带水底介质颗粒迅速上浮,同时,气泡形状在水底射流作用下发生显著变化;沉底爆炸冲击波压力呈指数衰减规律,无明显二次压力波,但由于水底介质作用而形成较强的水底反射冲击波,一般使得迭加后的冲击波峰值压力高于入射波阵面压力。

沉底水雷爆炸威力的数值计算

采用冲击波物理中的阻抗匹配镜像线方法处理物质交界面,利用无网格光滑粒子流体动力学法(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法模拟沉底装药的水下爆炸过程,得到了不同方向不同爆距处的峰值压力反射系数,分析了爆炸流场参量分布和变化规律,研究了不同水底砂层厚度和不同装药量对爆炸冲击波传播和流场中压力的影响。结果表明:海底反射系数随测点与水平线夹角的变化而变化,当测点与水平线夹角为约55°时反射系数最大,其最大值可达1.5。本文的研究可为沉底水雷爆炸载荷的确定提供参考。

驻留航行器沉底稳定性的数值分析

采用计算流体力学方法和ICEM CFD软件对不同沉底姿态时的驻留航行器模型进行结构化网格划分,利用CFX软件对其在不同海底来流速度下的流场进行数值模拟与分析,建立了分析驻留航行器沉底稳定性的数学模型,并结合仿真结果分析了海底来流速度和沉底姿态对驻留航行器沉底稳定性的影响.结果表明:在0.514m/s的海底来流速度下,驻留航行器能够保持沉底的稳定性;在1.028m/s及以上的海底来流速度下,驻留航行器不能够保持沉底的稳定性.

时频域滤波沉底目标亮点特征提取方法研究

主动声呐探测沉底目标时,由于存在严重的海底混响干扰,使得拷贝相关方法不能有效地提取目标回波亮点特征,大大降低了主动声呐的目标识别性能。针对该问题,研究了时频域滤波Hough变换的目标回波亮点特征提取方法。该方法采用互魏格纳变换将接收信号与拷贝的发射信号变换到时频域,依据目标回波与混响及噪声能量的时频聚集特性不同,采用时频域脊波变换滤波滤除混响及噪声,最后利用Hough变换提取目标回波中各亮点峰,并进行投影计算形成目标回波的亮点特征。同时研究了Hough变换域中的峰值位置与目标亮点对应的数学关系,给出了基于时频滤波提取沉底目标亮点特征的算法步骤,并采用支持向量机对比分析了该方法与拷贝相关方法提取亮点特征的识别效果。结果表明,该方法能够在较低的信混比下有效抑制混响干扰提取亮点特征,从而提高沉底目标的识别性能。

海水中沉底油的风化特性及鉴别方法研究

通过对具有代表性的两种原油和两种船用燃油进行340 d的室外模拟风化模拟实验,运用GC-FID法和同步荧光光谱法对海水中风化的漂浮油和沉底油的特性进行分析,为沉底油溯源提供相关依据,以此完善海上溢油事故的监管工作。结果表明:4种实验油品的漂浮油和沉底油荧光光谱差别不大,因此可以用荧光光谱法初步测定沉底油的风化时间;沉底油受蒸发、光解等影响弱于漂浮油,其GC可保持低碳组分峰形,并且由于生物降解,沉底油的气相谱图中均出现不可分辨的复杂混合物(UCM)的特征图谱,可以作为判断是否沉底的判据;两种方法相结合,可以建立一种确定溢油时间、风化经历及方法,以便对溢油进行更准确的溯源。

沉底水雷目标强度预报

文章利用板块元方法和物理声学方法对界面附近目标的目标强度计算理论预报沉底水雷的目标强度。计算对比了无界面和淤泥界面附近水雷型目标的目标强度 ,为进一步研究界面附近水中复杂目标的目标强度提供了一种实用的方法。

沉底水雷目标强度与回声信混比

通过几何图形建模软件对沉底水雷目标精确建模,利用基于物理声学的板块元算法对界面附近目标回波特性进行理论计算。以某沉底水雷为例,对比无界面、淤泥和粘泥界面附近沉底水雷的目标强度,讨论了发射-接收波束宽度对沉底水雷目标强度的影响,比较不同波束角、俯仰角和方位角情况下的回声信混比。计算结果表明,在某些特定角度对沉底水雷进行探测会有比较好的效果。

浅海沉底小目标时的反探测研究

在浅水波导环境下,时反处理利用声场的时反聚焦特性,基于收发合置阵,将接收信号在时间上反转后,再向介质中发射回去,时反信号能量会在目标处聚焦,同时使混响降低.在接收增强的目标回波信号之后,通过多路径补偿波束形成,继续提高信混比.再将波束形成的输出与发射信号的拷贝进行相关处理,以其输出作为检验统计量进行目标检测判决,并根据到达信号的时间延迟对目标行距离进行估计.在湖上实验中,通过比较BS发射和TR发射两种情况下的混响和目标处的入射能量,发现时反处理具有抑制混响、提高信混比的能力.在实验室波导中,利用时反处理的优点进行了沉底小目标探测实验.波导实验结果表明,主动时反探测系统不仅能够有效地检测到沉底小目标,而且可以对目标进行测距.

装药沉底爆炸峰值压力试验及数值模拟研究

沉底装药水下爆炸涉及复杂的动态边界效应,其载荷特性与装药自由场水中爆炸有显著不同。本文通过模型试验和数值模拟,对沉底装药水下爆炸峰值压力传播和分布规律进行了研究,结果表明:沉底装药水下爆炸峰值压力随着爆距的增加而衰减,且呈半球形分布;对于相同爆距各点,最大峰值压力通常出现在装药靠近水底面一侧的斜上方。

气流干燥中粘壁和沉底问题的理论探讨

探讨了在中密度纤维板生产中的木材纤维气流干燥系统中存在的 2个问题 ,从流体力学理论的观点 ,分析了纤维在干燥管道发生粘壁和沉底的机理 ,提出了避免这 2个问题发生的气体速度的计算判别式 ,以及相应的措施 .

一种沉底小目标的主动高频仿生波形分析及探测方法

为研究和分析用仿生信号及处理方法探测沉底小目标的可行性及探测性能,分别从时域频域波形、模糊度函数、抗混响性能方面分析了仿海豚声呐信号,并用计算机仿真了复杂背景下沉底小目标的探测。理论分析和仿真结果表明:在几种仿海豚声呐信号中,频率重叠较多的信号混响抑制效果最好;仿生探测方法的性能比标准声呐探测方法有了明显的提高。仿生信号及探测方法可作为一种新型的沉底小目标探测信号及处理方法。

国外沉底雷技术的发展和启示

首先阐述了俄、美两国沉底雷装备的发展沿革,随后描述了其他国家的典型沉底雷装备;接着从引信技术、装药技术和防护技术三个方面详细论述了各自的技术类型与特点;最后面向未来海战场的作战需求,提出了沉底雷"攻击型"技术,"防护型"技术,以及"攻守兼备型"技术的未来发展趋势。

沉底水雷毁伤能力研究

为了科学准确评价沉底水雷的毁伤能力,研究了水下爆炸对舰船的破坏作用、舰船破坏标准、沉底水雷打击能力设计指标及水雷毁伤战例,分析了沉底水雷毁伤能力工程设计标准与战例中舰船毁伤的吻合情况;结果发现:对于新型装药沉底水雷对现代作战舰艇的毁伤情况,目前的沉底水雷毁伤能力工程设计标准应用有较大的局限性;标准忽视了装药爆炸能量输出结构差别、舰船结构特性及防护能力差别对毁伤效果的影响,因而不适用于新型装药水雷对现代舰艇的毁伤情况;提出了水雷毁伤能力能量评价方法和评估模型,在实船试验基础上建立舰船能量破坏标准,以此来评价水雷的毁伤能力。

制备明矾沉底单晶的实验探究及其工艺品制作

明矾单晶具有漂亮的晶体形状,色泽晶莹剔透,在适当浓度的溶液中能够生长成大的晶体。将明矾晶种直接放置在烧杯中,则在烧杯底部会生成“沉底晶体”。本文通过实验探索影响明矾沉底单晶生长的因素,并以明矾沉底单晶制作小工艺品——“宝塔”。

一种基于双极性脉冲信号的沉底及掩埋小目标探测方法

针对沉底及掩埋小目标探测需求,设计低频双极性脉冲信号,提出基于双极性脉冲信号的空间与时间(简称空时)联合探测方法。分别从频谱、模糊度函数分析探测信号,根据声纳方程分析探测沉底及掩埋目标信混比情况,并搭建试验平台,完成了探测沉底小目标的试验验证。理论分析、仿真计算及试验结果表明:低频、窄波束、小掠射角方式有利于探测沉底及掩埋小目标;低频双极性脉冲信号及空时联合探测方法作为一种新型探测信号及处理方法,可提高沉底及掩埋小目标的空间分辨能力及混响抑制性能。