基于AUV的声纳水下目标实时探测机制研究

针对传统船载声纳探测水下目标存在成像分辨率低、主观性强、耗时长、应用区域局限,以及自主式水下潜航器(autonomous underwater vehicle, AUV)受水声通信限制导致数据无法实时回传、处理及目标实时探测的问题,提出了一种基于AUV的声纳水下目标实时探测机制。首先对基于AUV搭载声纳设备实施水下目标探测的系统进行了阐述;然后提出了基于AUV的声纳水下目标实时探测实施流程和关键技术;最后通过海上试验,验证了该机制在一定程度上克服了水声通信限制,实现实时、高效、智能的水下目标探测,具有较强的实际指导意义。     

深度学习在水声目标识别中的应用研究

水声目标识别技术是水声信号处理的重要组成部分，是水声信息获取与水声信息对抗的重要技术支撑。针对水声目标识别时探测数据量大、自动化程度不高、识别效率低下等问题，研究了深度学习在水声目标识别中的应用。首先，介绍了水声目标识别技术的研究现状及当前形势下面临的挑战。然后，对深度学习的网络结构原理及改进型进行了分析，并分别对深度学习在水声声信号识别领域和水声图像信号识别领域的应用现状做了阐述。最后，指出了由于受当前技术条件和水下复杂环境的制约，此方法尚且存在着不足之处。该方法为进一步优化深度学习算法、拓展深度学习技术应用范畴、提升水声目标识别效率提供了参考。     

一种新型水下声学浮标在目标探测中的应用

针对海上目标探测问题, 将矢量水听器和Argo浮标相结合, 可构建一种具有水中目标探测能力的新型水下声学浮标平台。该浮标平台可多次上浮和下潜, 具有在位时间长、隐蔽性能高、成本低等特点, 单台水下声学浮标即可实现海上目标探测, 利用多台水下声学浮标可快速形成大面积区域覆盖能力。为进一步验证水下声学浮标对海上目标探测性能, 2019年8月在南海海区开展了多台水下声学浮标海上试验, 数据处理结果表明: 南海夏季典型声速剖面下, 水下声学浮标对船长42m航速8.4kn的水面航船目标最远探测距离可达13.8km, 目标估计方位均方根误差最优可达5°, 在水面航船距离最近的1.9km处, 目标估计方位标准差可达2°。     

面向长时水声通信数据采集与评估的浮标设计与实现

复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性,特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响,对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展,为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是,由于水声信道复杂多变、缺乏普适模型,从机器学习角度而言水声通信数据样本严重不足,传统单次、短时水声通信实验采集的数据无法充分表征水声信道空间、时间特性。通过长期部署水声通信及信号采集设备,可望在一定程度上丰富通信数据,为典型海域下人工智能水声通信研究提供数据支持。 设计并实现了一种浅海水声通信浮标,搭载水声通信系统可实现长时浅海水声通信数据采集、性能评估,同时依托北斗系统具备远程状态显示、功能控制功能。厦门港海域实验表明,依托浮标采集的长时水声通信数据可开展水声通信性能评估、信道特性与通信性能关联度分析,为下一步工作打下了良好的基础。     

黑匣子搜索定位浮标设计与实现

根据黑匣子信标的特点，介绍了一种有针对性探测的黑匣子搜索定位设备的设计及实现过程。该黑匣子搜索定位设备采用剖面漂流浮标技术，通过加装水听器，实现对水下黑匣子信标信号进行区域定位和距离估算。发现目标后，自动上浮至水面，通过卫星将目标位置信息发往监控中心，实现目标快速搜索定位，节省人力物力，争取宝贵的搜索时间。通过原理样机的研制实现，经过相关的湖上验证试验表明，该型设备初步具备黑匣子探测能力。     

北斗一号卫星导航定位系统在抛弃式海洋移动观测平台的应用

作为抛弃式海洋移动观测平台,自持式剖面探测漂流浮标和海表面漂流浮标已经为国际上大量使用,该两类平台一般采用Argos卫星系统定位和传输数据。随着我国具有全部自主知识产权的北斗系统的逐步完善和发展及通信单元的小型化和低功耗化,北斗系统取代Argos系统,成为两类平台的数据传输和定位手段成为可能。文章简要介绍了自持式剖面探测漂流浮标和海表面漂流浮标的技术发展及我国北斗系统的发展情况,重点介绍了具有全部自主知识产权的采用北斗系统的C-Argo浮标和海表面漂流浮标的研制和应用情况。     

实时传输潜标平台中的水上通信浮标设计

介绍了实时传输潜标中水上通信浮标的设计方案。该浮标通过红外模块与潜标的主浮体通信,存储主浮体发送的测量数据;在收到主浮体释放命令后,水上通信浮标上浮至水面通过北斗卫星发送数据,北斗指挥机作为岸站接收端接收数据,完成潜标数据的准实时传输;介绍了水上通信浮标的结构组成、硬件和软件流程设计。海上试验表明,该技术方案实现了对潜标数据准实时传输的预期目标。     

基于ARM和北斗通讯的水声浮标技术应用研究

水声浮标是进行海洋声学调查的重要设备,传统的浮标采用基于计算机的数据采集方式和短波通信方式,其可靠性较差。文中介绍了基于ARM的数据采集存储系统和北斗通讯方式的浮标工程技术应用设计方案,结合传统浮标系统对比分析了其系统集成的实用性、先进性、适应性,并提出了进一步的改进措施。     

运动目标的主动声探测脉冲回波信号波形重构

水下主动声探测是水下目标探测的主要技术之一,其目标回波信号的模拟技术对水下作战防御、声呐和水中兵器以及水下目标探测系统的研制、实战操作训练等多项国防及民用领域具有十分重要的作用。 针对常见的 CW 和 LFM 主动声探测信号,开展了运动目标回波信号波形的重构技术研究。 在捕获得到主动声探测脉冲的条件下,利用“波形存储重发”的基本方法,根据运动目标相对运动速度,重新设置回波信号采样频率,从而实现宽带回波信号(LFM 信号)及窄带回波信号(CW 信号)的多普勒频移模拟。 根据目标回波时延信息,给出了目标回波时延重构模拟方法,并根据不同目标类型和入射方位给出了目标强度参数设置的参考。     

水声学

声学的一个分支。它主要研究声波在水下的辐射、传播和接收,用以解决与水下目标探测和信息传输过程有关的声学问题。水声学的研究领域主要包括：新型水声换能器;水中非线性声学;水声场的时空结构（如信号场的相关、简正波场的分离和应用、数值声场预报和信道匹配等）;水声信号处理技术（如最佳时空处理、水声信号的参量估计等）;海洋中的噪声和混响背景、散射和起伏,目标反射和舰船辐射噪声;海洋媒质的声学特性（如沉积层和海底、海面、内波及湍流的声学特性）等水声学