海洋油田平台水下安防系统航迹融合与报警技术

多传感器信息融合技术是对各个传感器的观测数据进行综合处理的过程，是多学科、多领域的高层次共性关键技术。以多源信息融合技术为基础，对 AIS、雷达与声呐多源探测信息融合算法进行了较为深入地研究，提出适应水下安防系统的多源信息融合与报警技术的工程化应用方案，对实际应用情况做了简要总结，经验证该技术能够较好应用于水下安防系统的数据分析和分级报警中。     

动态测量系统中时间同步问题研究与实践

多传感器动态测量系统中时间严格同步是实现系统实时、准确获取空间目标位置、姿态等信息的关键。围绕解决传感器间数据同步问题，提出针对两台计算机的时间同步方案，制定传感器数据采集方案，提出相应的数据内插算法。综合测试结果表明，提出的方案及算法成功地解决了多传感器动态测量系统中的时间同步问题，系统综合测试精度优于0．05mm，远远高于0．465mm的设计指标。     

水下信息感知系统及其关键技术

水下信息感知是指水下系统通过声、光、磁、电等传感器接收海洋环境和目标信号，经过信号处理，获得海洋环境和目标特征信息的过程。由于声波能在海洋中远距离传播，水下声场信息感知受到格外重视。水下信息感知的最终目的是发展大范围海洋水下监测系统，通过信息感知，掌握海洋环境变化的规律， 建设透明海洋，为人类开发利用海洋服务。     

基于AIS的海洋环境目标监测技术研究

介绍了由多种AIS监测平台获取船舶信息的方法,探讨基于AIS的海洋环境目标监测技术。介绍了AIS信息获取和融合技术,提出了同类传感器多源融合与异类传感器多源融合的模型,描述了船只目标信息提取与应用技术。通过收集处理AIS信息,可以大大扩展船舶的监视范围,对于提高船舶动态的监控能力和海上安全的保障能力具有很重要的意义。     

多传感器信息融合技术及其应用

介绍了多传感器信息融合的起源、发展及应用现状，阐述了多传感器数据融合的基本概念、主要类别、相关技术和方法，研究了几个主要算法及其适用场合，最后分析了该技术存在的主要问题及其发展趋势。     

基于D-S理论和神经网络的多传感器信息融合方法

针对自主式移动机器人,以“海福利-IV”机器人为试验平台,提出了基于神经网络和D-S理论相结合的多传感器信息融合方法,较好的解决了复杂背景环境中多传感器信息融合问题,实现了自主式移动机器人稳定的沿固定轨迹寻线并识别标志,并通过实验证明了此方法的有效性.     

船载多传感器综合测量系统点云实时显示技术

船载多传感器综合测量系统集成了三维激光扫描仪、多波束测深仪、GNSS、IMU、传感器稳定平台等传感器,采用非接触式的测量方式同步获取水上水下地形,在海岸带和海岛礁测绘中有巨大的应用价值。由于测量瞬时数据量大,系统点云实时显示是采集软件的重要组成部分。在有效地控制时间同步的前提下,优化数据融合效率,采用VTK(visualization toolkit)技术实现了海岸线上下一体化点云实时显示,有效地提高了系统的信息挖掘能力和现场决策支持能力,最终实现了水上水下一体化测量。     

近海测波多传感器优化配置模拟与设计研究

研究了测波浮标中GPS传感器和加速度传感器共同作用下对近海测波的影响。介绍了测波浮标数据采集系统的基本框架和硬件设计;为提高测波浮标系统的测量精度,对多传感器进行了优化配置和信息的融合处理,并通过仿真验证了该设计性能的优越性。     

基于蚁群算法的水下传感网网络生存期延长策略研究

随着海洋强国战略的推进和实施,水下传感器网络广泛应用于海洋资源探测、污染监测、辅助导航和水下军事侦察等领域,具有十分重要的意义。由于水下传感器所携电池充电或更换困难,如何减小传输能耗、在传感器能量受限的情况下提升网络生存期是亟须解决的关键问题之一。据此,提出了一种动态蚁群路由算法,考虑了每次传输后的节点剩余能量,作为路径优化的条件之一,基于蚁群算法在每次传输中选择最优路径,并在每次传输完成后更新路由表,让更多的节点参与信息传输,以提高节点的利用率。仿真结果表明：动态蚁群路由算法同时兼顾了能耗平衡和最小传输能耗,大大提高了网络生存期。分析结果对水下传感器网络的路由协议设计有一定的参考意义。     

基于多源信息融合的浅海超低频声源目标探测关键技术及实现

以多传感器信息融合理论为指导,结合现代信息处理技术与数据驱动建模及科学计算技术,研究浅海超低频声源目标激发共存地震波的复合声场中超低频声波传播特性和数据驱动建模的水下目标深度识别等关键技术,并论证了技术实现方案及路径。结果表明:以复合矢量水听器、地震波监测仪等多传感器信息融合理论为指导研究前海超低频声源目标可以克服传统声场建模存在的问题,有助于浅海超低频声源目标探测及改善海洋水下声学监测手段。在提高声呐探测设备的测量准确度、精度方面具有重要的理论意义,对周边海域为浅海的我国海防具有实战价值。     

渤海海域MODIS波段衰减深度研究

衰减深度是传感器检测到的水体信息的90%的深度,衰减深度越大,传感器检测到的水体信息越多,提取水体信息的精确度越高,同时从衰减深度还可了解传感器获取的水体信息到底来自水下多深的水层。以MODIS数据为数据源,对渤海海域衰减深度进行计算,分析了某一时间渤海海域衰减深度波谱变化和某一波段渤海海域衰减深度季节变化。衰减深度波谱曲线为单峰曲线,不同区域的衰减深度波谱曲线的相似和差异情况与前人根据渤海海域悬浮泥沙含量和光谱情况进行分区的情况较一致,衰减深度最大值具有红移现象(不同区域衰减深度最大值的情况是:渤海西北海岸外区域和渤海海峡区域在波段531nm,渤海中部区域在波段551nm,现黄河口影响区域、老黄河口影响区域、辽东湾西侧区域、辽东湾东侧区域在波段555nm),衰减深度波谱佐证了渤海海域为二类水体;衰减深度在夏季最大,在秋季次之,在春季和冬季在不同区域大小顺序有所不同。不同区域衰减深度由小到大顺序是现黄河口影响区域和辽东湾东侧区域、辽东湾西侧区域、老黄河口影响区域、渤海西北海岸外区域和渤海中部区域、渤海海峡区域(除去412和645nm),其中现黄河口影响区域与辽东湾东侧区域和渤海中部区域与渤海西北海岸外区域的衰减深度的大小顺序在不同季节和不同波段有差异。     

基于多源信息融合的水下航行器航迹测量方法

针对水下航行器航迹实时分析的需求,提出了一种基于多源信息融合的测量方法。通过传感器获得水下航行器状态信息,利用主成分分析方法将试验数据作为一变量,定义总体的各主成分,利用测量值与主成分的复相关关系,给出了各传感器的综合支持程度和数据融合公式,完成多源数据的融合。应用实例验证了该方法的有效性和精确性,能够提高试验数据的可信度。     

基于多源信息融合的水下航行器航迹测量方法

针对水下航行器航迹实时分析的需求,提出了一种基于多源信息融合的测量方法。通过传感器获得水下航行器状态信息,利用主成分分析方法将试验数据作为一变量,定义总体的各主成分,利用测量值与主成分的复相关关系,给出了各传感器的综合支持程度和数据融合公式,完成多源数据的融合。应用实例验证了该方法的有效性和精确性,能够提高试验数据的可信度。     

倾角传感器在海洋环境信息要素获取中的应用

针对海洋环境信息要素的获取问题,给出了一种测定目标高程、海面潮高、海流要素、岸滩距离以及岸滩坡度等信息要素的新方法,该方法基于微机电系统(MEMS)倾角传感器,体积小、重量轻、成本低,其技术产品实时性强、可靠性高,可以有效提高航海保障的安全性。     

无线传感器网络路由协议研究

总结目前已提出的基于地理位置信息的无线传感器网络路由协议存在的问题,着重讨论路由协议中的安全性能,分析GPSR和GEAR存在的能量消耗和安全性能问题,以改进GEAR路由协议。文中将新设计的路由协议的安全性能与GPSR和GEAR进行了比较,结果表明该路由协议不仅可以节省无线传感器节点的能量消耗,而且还可以抵抗一些针对无线传感器网络的特定方式的攻击。     

海洋水声传感器网络路由机制研究

水声传感器网络是近年来的新兴应用研究领域,路由机制是其网络协议栈的核心内容,用于在水下建立一条数据传输路径。由于水下应用场景与水声通信环境的特殊性,导致陆上传感器网络的路由机制难以直接应用到水下。文章深入分析了海洋水声传感器网络的应用场景,将其归结为水底的二维平面形式与水下三维立体形式。对于二维平面形式提出了节省能量的路由策略以有效延长网络生存时间;对于水下三维立体形式提出一种不依赖位置信息的路由机制,并针对数据转发中存在的路由空洞设计了有效的路由重构机制。     

带乘性噪声广义系统多传感器最优滤波融合算法

研究带乘性噪声广义系统的多传感器信息融合状态估计问题。在系统正则的假设条件下,通过受限等价变换将广义系统变换为2个降阶子系统,进而将针对原系统的信息融合状态估计转化为2个耦合的非广义子系统的多传感器信息融合状态估计,然后分别推导出集中式与分布式滤波融合算法,这2种算法在数学上完全等价,均在线性最小方差意义下最优。考虑到分布式滤波融合算法的优点,重点讨论了该算法,仿真实验验证了该融合算法的有效性。     

三分量磁传感器定位模型建立及可观测性分析

针对单个三分量磁传感器的定位理论问题进行了研究，建立了单个三分量磁传感器的定位理论模型，并对系统可观测性进行了详细的理论分析。基于磁性目标的点源磁偶极子等效性，将定位过程中的目标视为匀速运动，推导得到了单个三分量磁传感器的定位理论模型。基于该定位模型，利用批量的观测数据对目标运动状态参数进行估计。对于系统可观测性问题，通过考察 Fisher 信息矩阵的奇异性，严格证明了单矢量磁传感器的定位系统的不可观测性。根据现实应用情景，推导了在部分先验条件已知下的可观测性，得到以下结论：1)单个三分量传感器定位模型是不可观测的；2)在部分先验已知的条件下，系统是可观测的。 最后，通过仿真试验验证了本文结论的正确性，为接下来采用单个三分量传感器对汽车、水面舰艇等一些低动态运动目标的跟踪提供了重要的理论依据。     

基于复合传感器的机器鱼推进力预测方法研究

复杂多变的水下环境会极大地干扰仿生机器鱼的正常运动和对水下信息的感知,而鱼鳍的变形在产生推进力方面发挥了关键作用。但目前对于鱼鳍如何利用自身感觉信息来对推进力进行识别和预测的研究甚少。为了解决这一问题,通过在一个柔性传感器上集成压电层和压阻层,研制出基于压电/压阻双传感模式的柔性仿鱼鳍复合传感器,并提出了一种基于复合传感器对鱼鳍产生的推进力预测的方法。建立了基于 BP 人工神经网络的推进力预测模型并进行训练,通过皮尔逊相关分析法对输入层数据进行筛选和优化,提高了模型的预测精度。实验结果证明基于 BP 神经网络及皮尔逊相关性分析的多传感层组合的推进力预测是有效可行的,同时为机器鱼水下感知能力的提升提供了新的途径。     

深海资料浮标传感器

国家七·五攻关项目深海资料浮标投放于4000m水深、台风常经过的路径上。海况和工作环境恶劣,因此对海洋资料浮标用传感器的研制提出更高的要求。各种传感器必须适应恶劣的环境;具有长期稳定工作的性能;各传感器功耗要低;具有防腐和防生物附着的能力;水文和气象传感器应具有良好的水密性能和气密性能。除风速风向传感器是采用美国R.M.Young公司05103型风速仪外,研制了水温、气温传感器、波浪传感器、气压传感器、海流传感器。浮标方位传感器、浮标倾斜传感器。下面就各传感器的工作原理和特点、技术指标、环境试验和现场使用情况进行简要…