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渔业声学数据后处理软件现状评述与展望:以Sonar5-Pro为例
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作者 张辉 《渔业信息与战略》 2024年第1期29-38,共10页
渔业声学数据解析是渔业资源声学调查研究和应用的关键所在。目前全球渔业声学数据后处理的代表性软件主要有挪威Sonar5-Pro和澳大利亚Echoview。以Sonar5-Pro为例,开展了5个方面的研究:1)回顾了该软件自1994年以来近30年的发展历史;2)... 渔业声学数据解析是渔业资源声学调查研究和应用的关键所在。目前全球渔业声学数据后处理的代表性软件主要有挪威Sonar5-Pro和澳大利亚Echoview。以Sonar5-Pro为例,开展了5个方面的研究:1)回顾了该软件自1994年以来近30年的发展历史;2)介绍了软件对声学数据进行处理的总体思路,即前处理、数据分析和结果展示3个步骤及贯穿始终的数据检视功能,以及软件的5项重要设计理念;3)介绍了该软件9项代表性功能特性的实现思路和具体方法;4)以主流分析应用鱼类生物量分析过程为例,介绍了软件的数据处理流程;5)对该软件的3项核心关键技术,即多目标跟踪(multiple target tracking)、交叉过滤跟踪(crossfilter tracker)和图像分析工具(image analysis)进行了详细介绍。研究发现,一个成熟的渔业声学数据后处理系统庞大而复杂,涉及渔业、物理学和计算机多学科知识的融合,着力加强相关领域交叉学科人才培养,充分借鉴吸收国外已有先进理念和成熟技术,基于各种应用场景需求研发具有自主知识产权的分析软件,采用引进消化吸收再逐点突破最终集成创新的方式,可以作为未来提升中国渔业声学数据解析能力和水平的重要发展途径。 展开更多
关键词 渔业声学 渔业声呐 探鱼仪 回声图 数据处理 sonar5-Pro
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Landslide data mosaicking based on an airborne laser point cloud and multi-beam sonar images 被引量:1
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作者 JI Hao-wei LUO Xian-qi ZHOU Yong-jun 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2020年第9期2068-2080,共13页
Landslides are one of the most disastrous geological hazards in southwestern China.Once a landslide becomes unstable,it threatens the lives and safety of local residents.However,empirical studies on landslides have pr... Landslides are one of the most disastrous geological hazards in southwestern China.Once a landslide becomes unstable,it threatens the lives and safety of local residents.However,empirical studies on landslides have predominantly focused on landslides that occur on land.To this end,we aim to investigate ashore and underwater landslide data synchronously.This study proposes an optimized mosaicking method for ashore and underwater landslide data.This method fuses an airborne laser point cloud with multi-beam depth sounder images.Owing to their relatively high efficiency and large coverage area,airborne laser measurement systems are suitable for emergency investigations of landslides.Based on the airborne laser point cloud,the traversal of the point with the lowest elevation value in the point set can be used to perform rapid extraction of the crude channel boundaries.Further meticulous extraction of the channel boundaries is then implemented using the probability mean value optimization method.In addition,synthesis of the integrated ashore and underwater landslide data angle is realized using the spatial guide line between the channel boundaries and the underwater multibeam sonar images.A landslide located on the right bank of the middle reaches of the Yalong River is selected as a case study to demonstrate that the proposed method has higher precision thantraditional methods.The experimental results show that the mosaicking method in this study can meet the basic needs of landslide modeling and provide a basis for qualitative and quantitative analysis and stability prediction of landslides. 展开更多
关键词 Laser point cloud Airborne laser measurement Mosaicking method multi-beam sonar images SHIPBORNE Channel boundaries
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Multi-beam Sonar and Side-scan Sonar Image Co-registering and Fusing
3
作者 阳凡林 刘经南 赵建虎 《Marine Science Bulletin》 CAS 2003年第1期16-23,共8页
Multi-beam Sonar and Side-scan Sonar compensate each other. In order to fully utilize all information, it is necessary to fuse two kinds of image and data. And the image co-registration is an important and complicated... Multi-beam Sonar and Side-scan Sonar compensate each other. In order to fully utilize all information, it is necessary to fuse two kinds of image and data. And the image co-registration is an important and complicated job before fusion. This paper suggests combining bathymetric data with intensity image, obtaining the characteristic points through the minimal angles of lines, and then deciding the corresponding image points by the maximal correlate coefficient in searching space. Finally, the second order polynomial is applied to the deformation model. After the images have been co-registered, Wavelet is used to fuse the images. It is shown that this algorithm can be used in the flat seafloor or the isotropic seabed. Verification is made in the paper with the observed data. 展开更多
关键词 multi-beam sonar Side-scan sonar Co-registering FUSION
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全方位数字宽带多波束渔用声呐研制
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作者 李国栋 汤涛林 +6 位作者 张玉涛 王志俊 程婧 尹项博 魏珂 杨航 杨育红 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期82-90,共9页
针对远洋渔业捕捞作业过程中对于高效、高精度探测扫海的需求,该研究结合全方位数字宽带多波束技术具有长距离、高分辨率目标探测的特点,采用宽带技术和多波束技术抑制界面混响、体积混响的干扰,及提升探测目标分辨率,提出一种基于可编... 针对远洋渔业捕捞作业过程中对于高效、高精度探测扫海的需求,该研究结合全方位数字宽带多波束技术具有长距离、高分辨率目标探测的特点,采用宽带技术和多波束技术抑制界面混响、体积混响的干扰,及提升探测目标分辨率,提出一种基于可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的分布式信号处理系统架构,实现多个扇区独立探测扫海,通过水声学理论仿真分析方法,确定影响系统性能的换能器阵尺寸、最大探测距离和最优工作频点3个主要参数之间的相互制约关系,并结合国内典型渔船现状确定渔用声呐关键参数,优选探测信号频段为20~30 kHz。进一步分析噪声、界面混响、体积混响对探测性能的影响,采用基于FPGA的“并行+串行”宽带波束成形实现算法方案,使运算过程中片上存储资源使用量降低90%;采用Delta-Sigma调制技术提升发射信号信噪比,将20~30 kHz内的噪声调整到50 kHz以上频段;提出基于两点递推插值一步预测的波束稳定改进算法,实现在渔船大幅度摇摆下实时波束稳定误差小于1.6°(-0.8°~+0.8°)。研制渔用声呐圆柱型换能器阵、高集成度接收机和发射机、256通道多通道信号处理机等核心部件,并进行系统集成,最终系统实现256个独立的接收和发射通道,支持20~30 kHz频段信号,具备水平360°全方位及垂直近70°的扫描探测能力。选择远洋围网渔船进行海上试验,结果表明:系统性能稳定,环境目标探测结果清晰连续,对目标强度为0 dB鱼群的探测距离达到1550 m以上。所研制的全方位数字宽带多波束声呐关键指标满足海洋渔业捕捞场景需要,可大幅度提升渔业捕捞探测性能,为下一步大规模自主量产奠定基础。 展开更多
关键词 渔业 声呐 多波束宽带 Delta-Sigma调制
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宽带多波束渔用声呐显控系统设计及关键技术研究 被引量:1
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作者 宗艳梅 唐学大 +2 位作者 楚树坡 谌志新 李国栋 《海洋渔业》 CSCD 北大核心 2023年第4期500-512,共13页
针对宽带多波束渔用声呐实时探测数据量大、处理数据慢等特点,设计了一种宽带多波束渔用声呐显控系统。该系统采用控制层、显示层和数据层3层架构设计,运用多线程技术实时处理数据,并采用多种插值方法实现声呐图像可视化。经过试验对比... 针对宽带多波束渔用声呐实时探测数据量大、处理数据慢等特点,设计了一种宽带多波束渔用声呐显控系统。该系统采用控制层、显示层和数据层3层架构设计,运用多线程技术实时处理数据,并采用多种插值方法实现声呐图像可视化。经过试验对比分析,声呐图像采用双立方插值算法其PSNR值为29.36 dB,可视化效果较好。为进一步提高声呐图像分辨率,采用中值滤波、均值滤波、双边滤波及高斯滤波算法对声呐图像进行去噪效果对比,其PSNR值分别为29.67 dB、28.66 dB、27.64 dB、28.09 dB,结果表明,中值滤波算法去噪效果较好。通过反复试验和论证,本系统可实时高效探测目标信息,可作为宽带多波束渔用声呐设备的显控软件,具有较强的实用价值。 展开更多
关键词 宽带多波束技术 声呐图像插值 声呐图像滤波 渔用声呐显控系统
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基于卡尔曼滤波的多波束渔用声呐波束稳定算法仿真及实现 被引量:1
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作者 王志俊 程婧 +1 位作者 魏珂 李国栋 《渔业现代化》 CSCD 2023年第5期60-70,共11页
多波束渔用声呐是海洋渔业中不可或缺的设备,在探测鱼群方面发挥着重要作用。然而此类声呐的指向性容易受到风浪和船舶姿态的影响。为了解决这个问题,本研究建立了简化的姿态变化模型,指出了影响波束稳定误差的因素,并提出了一种基于卡... 多波束渔用声呐是海洋渔业中不可或缺的设备,在探测鱼群方面发挥着重要作用。然而此类声呐的指向性容易受到风浪和船舶姿态的影响。为了解决这个问题,本研究建立了简化的姿态变化模型,指出了影响波束稳定误差的因素,并提出了一种基于卡尔曼滤波和数字波束形成技术的波束稳定算法:先对姿态值做滤波及插值处理,获得更平滑、采样率更高的姿态数据;再使用坐标旋转的方式对波束的目标指向进行补偿,从而实现声呐波束的稳定而精确的指向。本研究基于FPGA(现场可编程门阵列)实现了波束稳定模块。摆台模拟试验结果表明,在四级海况下,应用本模块可保证各波束指向角度最大偏差不超过±1.8°,与仿真结果基本一致。本研究已应用在多波束渔用声呐中,大大提高了渔船捕捞效率。 展开更多
关键词 渔用声呐 卡尔曼滤波 数字波束形成 波束稳定
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多波束渔用声呐作用距离预报建模及性能分析 被引量:12
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作者 李国栋 谌志新 +3 位作者 汤涛林 陈军 许明昌 吴陈波 《渔业现代化》 CSCD 2020年第1期56-62,共7页
多波束渔用声呐是海洋渔业实现高效、精准和选择性捕捞的重要工具。为了系统分析多波束渔用声呐探测性能及主要制约因素对作用距离的影响,针对圆柱形阵多波束渔用声呐,采用水声学系统仿真的方法,分别对主要为噪声和混响环境下的渔用声... 多波束渔用声呐是海洋渔业实现高效、精准和选择性捕捞的重要工具。为了系统分析多波束渔用声呐探测性能及主要制约因素对作用距离的影响,针对圆柱形阵多波束渔用声呐,采用水声学系统仿真的方法,分别对主要为噪声和混响环境下的渔用声呐探测性能进行分析,对不同海况下噪声不同目标强度鱼群的探测性能进行比较,分析窄带系统和宽带系统降低混响的能力,并对噪声和混响混叠环境下的渔用声呐探测性能进行仿真分析;最终,从系统设计、发射方式、接收方式等多个角度提出提高渔用声呐探测性能的方法,为远距离、高分辨率多波束渔用声呐的研制提供改进的方向。 展开更多
关键词 多波束渔用声呐 探测性能分析 作用距离 宽带渔用声呐
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圆柱阵多波束渔用声呐波束形成性能分析 被引量:7
8
作者 宗艳梅 李国栋 +3 位作者 谌志新 唐学大 尹项博 汤涛林 《渔业现代化》 CSCD 2020年第6期66-73,共8页
圆柱阵多波束渔用声呐是海洋渔业精准捕捞的重要声学设备,可实现探测水域的全方位扫描,其波束形成能力是反映渔用声呐探测性能的主要技术指标之一。本研究从圆柱阵多波束渔用声呐波束形成能力分析出发,利用水声学算法仿真方法,分别对垂... 圆柱阵多波束渔用声呐是海洋渔业精准捕捞的重要声学设备,可实现探测水域的全方位扫描,其波束形成能力是反映渔用声呐探测性能的主要技术指标之一。本研究从圆柱阵多波束渔用声呐波束形成能力分析出发,利用水声学算法仿真方法,分别对垂直和水平方向波束形成进行仿真,分析了幅度偏移、相位偏移及频移对圆柱阵垂直和水平方向波束形成性能的影响。结果显示:幅度和相位偏移对圆柱阵垂直和水平方向主瓣影响较小,主瓣变宽;对旁瓣影响较大,旁瓣明显增大;当偏移量在-5~15 dB时,对第一旁瓣增益影响在3 dB以内,当偏移过大时对其影响可达6 dB以上;频移对波束指向性影响较小,工作频点对波束主瓣宽度有较大影响,主瓣宽度偏差约在3°左右。本研究可为自主研制高精度、远距离圆柱阵多波束渔用声呐提供参考。 展开更多
关键词 渔用声呐 圆柱型基阵 多波束探测 性能分析
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多波束渔用声呐最优工作频点选取方法及探测性能分析 被引量:3
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作者 李国栋 谌志新 +2 位作者 汤涛林 陈军 程婧 《渔业现代化》 CSCD 2021年第5期62-69,共8页
多波束渔用声呐是利用水声学方法探测海洋鱼类资源数量和空间分布信息的主要工具。本文阐述了多波束渔用声呐原理及工作过程,采用水声学理论分析的方法并结合多波束渔用声呐在海洋渔业捕捞中的使用场景,给出了作用距离预报模型,分析了... 多波束渔用声呐是利用水声学方法探测海洋鱼类资源数量和空间分布信息的主要工具。本文阐述了多波束渔用声呐原理及工作过程,采用水声学理论分析的方法并结合多波束渔用声呐在海洋渔业捕捞中的使用场景,给出了作用距离预报模型,分析了影响探测性能的主要因素;针对远洋围网和拖网捕捞的全方位探测需要,重点仿真分析了圆柱阵多波束渔用声呐最优工作频点选取方法及探测性能,揭示了最大探测距离、换能器基阵最小尺寸及最优工作频点3者之间的相互制约机制,分别对噪声和混响影响条件下的探测性能进行评估,给出了在换能器基阵尺寸给定条件下实现最大探测距离的最优工作频点,及在最大探测距离设定条件下实现最小换能器基阵尺寸的最优工作频点;提出了多波束渔用声呐在部署条件或使用场景确定下的最优化频点选取方法,并评估了不同情况下的渔用声呐探测性能,具体明确了适用于远洋捕捞场景中的换能器直径在0.375 m,针对0 dB目标鱼群的最大探测距离为2600 m,最优工作频点应选取为25 kHz,本研究为后续自主进行装备研制、测试和试验提供了理论指导。 展开更多
关键词 多波束渔用声呐 探测性能 最优工作频点 换能器基阵
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多波束渔用声呐波束成形算法设计与FPGA实现 被引量:3
10
作者 程婧 王志俊 +1 位作者 李国栋 魏珂 《渔业现代化》 CSCD 2021年第6期95-102,共8页
多波束渔用声呐是海洋渔业的重要设备,可利用声波对水下生物进行探测,其波束成形的算法是研制过程的核心技术。本研究从圆柱阵多波束渔用声呐的扫海方案出发,在传统移边带算法(SSB)的基础上提出了一种将并行处理转为串行处理,同时在不... 多波束渔用声呐是海洋渔业的重要设备,可利用声波对水下生物进行探测,其波束成形的算法是研制过程的核心技术。本研究从圆柱阵多波束渔用声呐的扫海方案出发,在传统移边带算法(SSB)的基础上提出了一种将并行处理转为串行处理,同时在不损失性能的前提下提高信号处理速度的改进算法。首先将传统算法,与本改进算法进行对比。其次在现场可编程逻辑门阵列(FPGA)平台对改进算法进行了软件的实现,完成了两种算法实现的性能评估和资源消耗分析。最后在消声水池对改进算法的FPGA实现进行了指向性的测试,并通过MATLAB将仿真的波束图与实测后的波束图进行了比对。结果显示:两种算法在性能上保持一致,改进算法消耗的资源比SSB算法消耗的少近70%,同时改进算法的实测结果与理论仿真大致一致,偏差在合理范围内。 展开更多
关键词 渔用声呐 波束成形 移边带波束成形 时间补偿 相位补偿 FPGA实现
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A beam interpolation algorithm in digital multi-beam sonar
11
作者 LI Qihu ZHANG Cunhua and LI Shuqiu(Institute of Acoustics, Academta Sinica, Beijing 100080) 《Chinese Journal of Acoustics》 1995年第3期231-236,共6页
Beamforming is one of the most important part of signal processing in sonar system.Traditionally, in the analogue system the bearing direction is steered by rotating some kind of time-delay compensator, which is usual... Beamforming is one of the most important part of signal processing in sonar system.Traditionally, in the analogue system the bearing direction is steered by rotating some kind of time-delay compensator, which is usually made by machanic-clectronic components. But,there exists a fixed bias error in target tracking due to the application of discrete tapped delay line. With the development of digital sonar the multi-beamforming technique is extensively used in various sonar systems. In these systems each beam has a fixed bearing direction. The precise DOA (Direction Of Arrival) estimation of the target becomes more important in sonar design. General speaking, if the sampling frequency is high enough, it is possible to get arbitrary number of beams, which steer in any designated direction. But a hardware tradeoff must be taken account for a good designer. In order to obtain higher target spatial resolution and reduce the hardware cost, it is necessary to make some kind of interpolation algorithm in post beamforming. It is proved that in the most interested situation the behavior of directivity function in the neighborhood of main lobe depends on the sinc function and zero order Bessel function. The multi-beam data is actually the spatial sampling to these function. Based on the principle of parabolic interpolation, a simple but high accuracy beam interpolation technique is presented in this paper. The theoretical basis of three-point and five-point interpolation algorithm is described. As an example, the line array and circle array of hydrophones are illustrated to explain this algorithm. The results of system simulation show that the method proposed in this paper has good agreement with the theory. It can be used to improve the behavior of the directivity function and enhance the multi-target resolving ability of digital sonar system. It is also possible to use this technique to implement ATT (Automatic TargetTracking) in real time. 展开更多
关键词 Digital multi-beam sonar Signal processing
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