涉海工程水下冲击打桩噪声测量方法研究

随着海洋、湖泊、河流和港口等人类活动逐渐增加,涉海工程产生的水下噪声污染及对海洋生物影响已引起广泛关注。工程建设期环境影响评价中,水下噪声测量逐渐成为海洋监管的要素。水下冲击打桩是工程建设中常见的低频水下脉冲声源,能够传播较远距离。如何规范地开展水下冲击打桩噪声测量至关重要。文章给出了水下冲击打桩噪声的通用测量方法,包括声学指标、测量系统、测量布放、声学测量配置、测量不确定性等,可为海洋工程建设影响评价、海洋生物生态保护等提供技术支撑。     

水下光学无线通信的海水信道特性研究

提出了将具有比声学高达几倍的数据通信速率,良好的安全性和隐蔽性的光学无线通信技术应用于海军、海洋科学研究和水下工程等领域,实现高速率的水下无线通信技术实现海量数据的信息交换.基于生物光学特性的水下光学信道模型,建立了水下光学通信系统性能分析方法.并对基于发光二极管(LED)的水下光学无线通信系统进行了仿真,其结果表明所建立的方法可以进行各种海域水质环境的模拟,便于时水下光学无线通信系统性能进行预测评估,为水下光学无线通信系统的设计方案的评估提供了依据.     

水下图像目标检测数据集及检测算法综述

水下目标检测技术是海洋探测的关键技术之一,具有重要的研究意义。本文首先对水下光学目标检测图像数据集进行了总结与分析,然后对近五年国内外50多项相关研究进展进行了阐述,分析了现有方法的贡献和局限性,以Faster RCNN和YOLOV3为基础模型对3种典型的提高目标检测性能的方法进行了实验,实验结果表明直接应用图像增强的方法不能有效提升检测精度,应用高分辨率网络可以明显提升目标检测性能。最后讨论了水下图像目标检测算法的潜在挑战和有待解决的问题,并提出了未来可能的研究方向。     

浑浊介质光学特性参数测量方法的研究

浑浊介质光学特性参数的精确测量对于介质中成分的确定具有重要意义。文章设计了单积分球系统测量浑浊介质的光学特性参数。系统中采用了自行设计的准直光路以使系统更好地符合逆倍增法(IAD)的模拟边界条件。采取双光路补偿及光源调制的方法以提高系统的测量精度及信噪比。测量得到了不同浓度浑浊介质在632.8nm及1064nm波长处的光学特性参数，并据之由漫射理论计算得到的光径向分布与漫反射系统实际测量结果符合很好。     

水下目标方位估计的一种新方法

矢量传感器是一种新型水声传感器。介绍了应用矢量传感器确定目标方位的理论和方法，给出了仿真和实验研究结果，讨论了矢量传感器具体体积小、输出信号多、抗各向同性干扰等特性。最后定性地分析了目标方位的方位估值误差。     

基于矢量磁异常三维成像的隐蔽目标探测

磁场异常探测是隐蔽目标探测领域一项重要的探测技术,磁传感器技术的进步促使磁矢量探测成为当前热点。然而有关矢量磁异常的目标定量探测方法讨论较少,关于磁矢量探测与磁标量探测的差异性众说不一,存在巨大争论。基于矢量磁异常三维成像的隐蔽目标精确探测方法,讨论磁标量探测与矢量探测的差异性,并通过仿真实验与实际案例讨论了矢量磁异常的探测效能。研究表明：矢量磁异常三维成像能够更准确地探测隐蔽目标的三维空间分布与目标磁性特征,能够为隐蔽目标位置圈定以及目标类型识别提供依据。     

水下光谱辐射计光学特性的测试与分析

为适应高精度水下光学测量的需求，设计研制了多通道水下光谱辐射计。该辐射计可同步测量12波段的下行／上行光谱辐照度和7波段的上行光谱辐亮度。对该辐射计的主要性能指标，如余弦响应特性、浸没因子、光谱辐射精度、稳定性和重复性进行了室内测试和分析，用MonteCarlo方法模拟了阴影误差，给出并分析了现场实验数据及部分推导的物理量。结果表明，该光谱辐射计各波段的中心波长和带宽偏差小于1．6nm，稳定性优于5％，阴影误差可控制在5％之内，具有良好的余弦响应特性，满足当前定量化水色遥感现象光辐射测量的技术要求。     

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。     

基于声呐图像的水下目标识别研究综述

水下目标识别是水下无人探测的一项核心技术,在军事和民用领域都有重要的应用。根据当前的水下目标识别研究进展,全面阐述基于声呐图像的水下目标识别原理和方法,对总结研究现状、发现存在的问题以及挖掘潜在的研究方向具有积极意义。针对基于声呐图像的水下目标识别问题,论述了图像去噪、图像分割以及水下目标识别等方面的主要进展,阐述了基于深度学习实现声呐图像目标识别的最新技术发展现状。通过对水下目标处理过程的讨论和分析,指出基于声呐图像的水下目标识别算法中亟需解决的关键科学问题及可能的解决思路,并对该领域的未来发展方向做了进一步的展望。     

Intensity Measurement of Backscattered Light from Underwater Targets Using Femtosecond Pulse Laser

In this paper, we experimentally perform the measurement of the backscattered light intensity from the underwater targets with different size. We develop a simple system, which can easily measure the intensity of the backscattered light, after the laser is scattered at the target underwater. We find that, the signal period is related to the particle size, and the stability of the intensity (standard deviation) varies linearly with changing the particle size. After the calibration, our system can be used to precisely determine the particle size of arbitrary targets. Our method could open a new opportunity for the future underwater detection using femtosecond pulse laser.     

水下自主机器人水动力预报方法研究

针对水下机器人操纵性优化设计中水动力系数预报问题,在水下机器人水动力预报中引入艇体肥瘦指数概念,确定了水下机器人艇体几何描述的五参数模型。提出采用小波神经网络方法预报水下机器人水动力,确定了神经网络的结构,利用均匀试验设计方法,设计了神经网络的学习样本。研究结果表明,只要确定适当的输入参数,选择适当的学习样本和网络结构,利用小波神经网络方法对水下机器人水动力进行预报可以达到较好的精度。     

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。     

船基激光法波浪测量仪器的研究

介绍了船基激光法波浪测量仪器研制的可行性。船载激光测波是利用舰船作测量平台,在水面上方设置激光测距装置,以一定的频率测量探头与水面的垂直距离,分析所测距离信号的变化规律,可以得出波浪高度、周期等信息,描述出波浪的形态和变化规律。文章提出了测量原理,分析了可能遇到的测量误差,给出了相应的解决措施,得出了研究开发船基激光法波浪测量仪器的可行性结论。     

New Scientific Underwater Cable System Tokai-SCANNER for Underwater Geophysical Monitoring Utilizing a Decommissioned Optical Underwater Telecommunication Cable

We have developed a new cost-effective scientific underwater cable system named Tokai Submarine Cabled Network Observatory for Nowcast of Earthquake Recurrences (Tokai-SCANNER) using a decommissioned optical underwater telecommunication cable. We have used this cable in two ways simultaneously: 1) to construct an ocean-bottom observatory at the end of the cable, and 2) to use the cable as a long emitting antenna to sense electromagnetic properties of the Earth's crust. We have also developed a new time-synchronization system that sends a one-pulse-per-second (1PPS) signal and NMEA data to underwater sensors. To vary the supply voltage and current to the observatory and to emit a low-frequency electromagnetic field around the underwater cable, we have also developed an underwater power unit that has a wide input voltage and current range. Tokai-SCANNER has been functioning since April 2007.      

浅水有界水域水下目标辐射噪声测量修正方法

由于适合水下目标辐射噪声测量的理想水域较少,因此测量试验大多在浅水有界水域开展,测量结果难免会受到试验现场界面反射波影响,导致测量的宽带声压级及各频率声压谱级产生偏差。利用虚源法对浅水有界水域下的声场模型进行了数值仿真,重点分析了导致传播损失异常的各项因素,然后基于脉冲声技术提出了一种水下目标浅水有界水域辐射噪声测量结果的修正方法,并进行了外场辐射噪声测量和传播损失异常值标定验证试验,最后对试验数据的测量结果进行了修正。     

船载地磁场三分量测量算法的实验验证

安装在铁磁性的测量载体上的地磁场三分量测量系统,由于受到载体磁化磁场的干扰,给地磁场的解算带来了极大的困难。针对船载地磁场三分量动态测量系统,阐明了地磁场的解算原理,指出了其中的难点问题。对地磁场三分量的动态解算方法进行了实验室模拟,结果表明地磁场三分量航海测量具有实施的可行性。     

一种水下磁场测量基阵的设计

针对水下被测磁场目标,根据磁场测量的要求,分析计算了测量单元的布置方式和基阵的受力,设计了一种用于布放该磁场测量系统的基阵结构。 通过海上试验验证,该基阵入水姿态平稳,着底姿态良好,满足测试要求,为水下装备磁场指标评估提供依据和方法。     

Influence Analysis on the Floating Underwater Monitoring System Applicable for Very-Low-Frequency Acoustic Measurement

Ocean vector acoustic measurement is feasible affected by the hydrodynamic interference caused by the flow fluctuations and structural vibrations, especially in the very-low-frequency monitoring. Hence, a novel horizontal floating platform including a horizontal floating cable, vertical mooring cable and floating main body is proposed and described in this paper. It has the advantages of good maneuverability along with the current and multi-stage vibration isolation. The main application of this platform is to measure the ocean ambient noise coming from the wave fluctuation and the deterministic acoustic signals such as aquatic organisms, underwater targets and sailing vehicles. The influence of the current fluctuation on the attitude angle and flow induced vibration of cables and main body are analyzed with some previous sea test data. Moreover, the comparison between the vertical type platform used before and the horizontal type platform is also discussed. It is concluded that there is obvious relevance between the attitude angle and ocean current variation. Meanwhile, the abnormal influence on the main body is caused by the vibration transmission from the fluctuation of cables. There will be the influence on the accuracy of the acoustic measurement above 100 Hz, and the inherent vibration characteristic of the main body is the primary reason.