基于视觉的水雷目标识别方法研究

水下目标识别一直是目标识别领域的研究热点,为此,以水雷目标识别为需求背景提出了一种基于视觉的水雷目标识别方法。该方法从水雷目标形状的本质特征出发,根据几何矩的物理意义,结合区域特征和边界特征构造了三个适合于水雷目标形状描述子,采用阈值判决的方法,实现水雷目标的识别。实验结果表明,该方法比基于不变矩的方法识别率更高,具有较好的稳定性,尤其适用于水下特定形状的目标识别和目标受到部分遮挡的情况。其中水下图像处理和特征的定义方法对水下目标识别具有指导和借鉴意义。     

基于LZW的海底声学探测数据压缩方法研究

针对海底声学探测仪器采集数据量大而存储容量有限、数据传输带宽不足的实际问题,基于Lempel-Ziv-Welch(LZW)无损压缩算法,研究海底声学探测数据的实时压缩方法,提高数据压缩效果、节省传输带宽。并在LZW无损压缩算法的基础上结合数据存储的特点对压缩结果进行内存重新分配,极大提高压缩比(压缩数据大小/原始数据大小)。利用海底地震仪(OBS)采集的原始声学探测数据进行测试验证,结果表明该方法对于OBS声学探测数据有很好的压缩比,可用于对OBS采集的声学探测数据进行压缩处理,对于海底探测仪器的研发有很好的指导意义。     

基于弧段检测的高频地波雷达特定目标航迹跟踪方法研究

本文对现有的高频地波雷达目标跟踪方法进行了概述,提出了一种地波雷达目标长时连续跟踪的方法,基本思想是:充分挖掘航迹弧段特征,基于特征对船只运动建模,并结合杂波背景进行融合决策。进一步,为了达到长时间连续跟踪的需求,借鉴深度学习的思想,利用新获取的弧段数据对算法估计结果不断递归校正,使得随着获取数据的增加跟踪越准确。该方法适用于杂波环境且在航道附近存在众多干扰船只的情况下对机动目标航迹的实时稳定跟踪,为高频地波雷达在复杂干扰环境下特定目标持续跟踪提供理论基础和方法指导,为充分发挥地波雷达在海上监视监测中的作用提供技术支撑。     

基于北斗短报文的震源船跟踪系统设计与实现

通过在震源船上部署3套GPS接收机,并对3个点的位置信息进行汇总和压缩,利用北斗短报文将压缩后的位置信息推送到陆海联测指挥部,实现对震源船航速、航向的实时监控.根据3个点位信息计算的实时震源船航向,有助于准确把握震源船在进行固定点悬停激发时的航向,克服了以往使用前后两个时刻推算的平均航向代替实时航向等问题.使用我国自主知识产权的北斗短报文进行通讯,大大提高了系统的安全性、可靠性和稳定性;同时陆海联测指挥部可以实时查看震源船是否按事先设定的测线、事先设定的速度和航向进行作业,有效保障了监控平台对震源船的监控,进一步提升安全生产的风险控制能力.     

基于改进量子粒子群算法的AUV路径规划研究

针对海洋环境下自主水下机器人（AUV）的路径规划问题,提出了一种基于框架四叉树的改进量子粒子群算法（QPSO）,首先使用框架四叉树的方法对障碍物建模,该方法提高了建模的精度且对后续算法的效率也有极大的改进,之后设计改进的量子粒子群算法,并且结合水下环境的特殊性设计适应度函数,综合考虑航线路径长度、偏转角度以及海流影响,使得算法可以在水下环境中寻得能耗最短的解路径。最后通过仿真试验验证,相比于传统的栅格法和粒子群算法,改进量子粒子群算法的运算时间更短,收敛速度更快,其独特的适应度函数可以使AUV能更好适应水下多变的环境,且能利用海流设计能耗更小的路径,具有很大的实用价值。     

海底冷泉气泡羽流声学探测参数研究

对气泡羽流的声学探测是目前海底冷泉调查的主要手段。在声学探测理论基础上, 分析了声学探测过程中CW声波脉冲信号的发射频率、发射功率、声波脉冲宽度(脉冲持续时间)3个参数对海底冷泉气泡羽流探测成像的影响。同时, 结合黄、渤海老铁山水道海域海底冷泉外业调查和人工模拟冷泉实验的数据, 进一步明确了这些参数的选取原则和范围。针对声学水体剖面上出现的异常干扰带, 还提出了改变脉冲发射时延值来消除水体声学剖面图中干扰带的方法, 从而进一步优化海底冷泉气泡羽流的声学成像效果。     

Maneuvering modeling and simulation of AUV dynamic systems with Euler-Rodriguez quaternion method

The purpose of this study is to develop maneuvering models and systems of a simulator to improve the motion performance of autonomous underwater vehicles (AUVs) at the preliminary design stages in advance. The AUVs simulation systems based on the standard submarine equations of motion in six-degree-of-freedom (6-DOF) integrated with the Euler-Rodriguez quaternion method for representing singularity-free AUV attitude and time-saving calculation, and with a nonlinear control model for maneuvering and depth control simulations, time-marching in the fourth-order Runge-Kutta scheme. For validation of the simulation codes, results of the ISiMI AUV open-loop tests including turning test and zigzag test as well as an AUV simulator on the basis of Euler-angle method were used to compare with the quaternion-based AUV simulator. The computational results from the proposed simulator agree well with those from both the ISiMI AUV experiments and the Euler-angle based simulations. Additionally, a new maneuvering procedure, namely "put-out" was implemented to test directional stability for a large-scale AUV in the proposed AUV simulator that can be considered for vehicles in space as well as in constrained planes.     

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°。     

声学探测技术在富钴结壳勘探中的应用及展望

富钴结壳是深海固体矿产之一,其资源潜力巨大,已成为世界各国竞相调查的重要对象。声学探测技术作为一种海洋地球物理探测技术,因其在大面积调查和局部连续精细勘探方面的独特优势,在富钴结壳资源调查中得到了广泛应用。在搜集整理国内外相关文献的基础上,概述了富钴结壳的分布特征,分析传统勘探方法的不足,系统介绍多波束、侧扫声呐、浅地层剖面、原位高频测厚等声学探测技术在富钴结壳勘探中的应用现状。通过比较分析国内外声学探测技术发展现状以及未来富钴结壳勘探需求,提出3点未来发展趋势：开发一体化声学探测技术以实现海底特性的综合性测量;综合利用深海潜水器以实现近底高精度探测;深度融合大数据和人工智能技术以实现海量声学数据的智能化处理。     

声学探测技术在海底石油管线铺设后调查中的应用

海底石油管线铺设后可能多会出现不同程度的损伤、变形、冲刷、偏移、悬跨等情况,这通常是铺设过程中管线受到物理、化学、机械等因素的影响造成的.为避免作业风险和海洋环境污染,需要在管线铺设后对其铺设状态进行完工后调查,以便及时了解海底管线的实际情况,并根据调查结果采取相应的维护措施.本文根据管线后调查的工作需求,从声学探测技...     

基于多特征匹配跟踪的深海发光浮游生物自动计数方法

生物发光现象在海洋中广泛存在,基于微光成像技术对深海发光浮游生物的发光现象进行视觉捕获是一种先进的原位观测手段,但目前缺乏有效的方法对获取的生物发光影像资料进行自动分析。针对此问题,本文提出一种基于多特征匹配跟踪的发光浮游生物自动计数方法,基于同一目标在连续帧间的运动具有连续性的思想,首先采用帧间质心差小于一定阈值的原则进行初始粗匹配,然后针对目标过近造成的误匹配问题再进一步进行运动方向的匹配,提高帧间匹配精度,从而准确计数。采用所提出的方法对深海发光浮游生物的真实视频数据进行了自动分析,实验结果证明该计数方法具有较好的准确率,对生物发光区域的尺度变化、发光目标间距过近等情况具有较好的鲁棒性,能达到较好的计数效果。     

面向ARV的视觉辅助水下对接方法研究

针对水下机器人作业过程中的近距离引导水下对接问题,以自治缆控水下机器人(ARV)为研究对象,为实现快速、高精度的水下对接,设计了基于反射光源识别的单目视觉辅助水下对接方法。通过在对接口布置反光带并将其作为目标图像,设计了图像处理和特征点提取的算法,经过图像特征信息的分析处理,优化算法的时间复杂度,提高了特征点提取的准确率和识别效率。最后设计了传统的引导灯方案与反光带方案的对比试验,验证算法的可行性,证明在水下环境下识别反射光源的方法极大提升了位置估计的准确率,同时在计算速度上也有显著提高,弥补了传统水下对接方法中精度不足或计算量大的缺陷,更好地满足了ARV水下对接的需求,能为潜水器实现水下自主对接提供参考依据。     

小型水下自航行器自沉浮装置设计与研究

文中对水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)的自沉浮装置进行了详细设计与研究。通过对已有的自沉浮装置方案进行对比研究,设计了以高压气体吹除压载水舱的新型自沉浮装置,该装置具有结构简单、可靠性高和可维护性好的特点,并可实现模块化设计。最后,对装置的主要设计参数进行了计算与优化。     

Numerical study on the cavity characteristics and impact loads of AUV water entry

The high-speed water entry process of an autonomous underwater vehicle (AUV) has a strong impact nonlinearity, and a cavity formed by air and water will often be generated as part of the entry process. The shape of the water-entry cavity plays an important role in the load characteristics and stability of the water-entry trajectory. In this paper, a numerical model for describing the cavity and impact load characteristics of a high-speed water-entry AUV is established. The simulation results such as cavity shape and impact load are compared with experimental data. The good agreement between the numerical results and those of the experiments reveals the accuracy and capability of the numerical algorithm. Subsequently, the arbitrary Lagrange-Euler (ALE) numerical algorithm is used to simulate and analyse the variation laws of the cavity characteristics and impact loads with different head shapes, water-entry velocities, water-entry angles and angles of attack. The results obtained in this study can provide a good reference for the trajectory control and structural design of the AUV.     

AUV总体概念设计中的多学科和多目标优化研究

针对水下自主式航行器(AUV)在总体概念设计阶段的多学科和多目标优化问题进行了研究。基于MDO的概念将AUV的设计要求分解为系统控制层和5个子系统,考虑了有效负载长度和总质量两个目标函数。采用多学科可行解方法(MDF)和多目标遗传算法(MOGA)给出了多学科的Pareto最优解,并且和经典的多目标方法进了比较。     

多波束声呐水体影像沉船自动提取方法

为解决人工浏览水体数据耗时且无法保证结果可重复性的问题,提高数据的利用率和定量分析能力,通过分析水体数据的成像机理,提出一种基于单帧水体影像自动提取沉船目标的算法,利用噪声抑制、数学形态学方法检测目标边缘,根据海底统计特性识别海底,再结合深度特性实现海底与沉船目标分离。使用实测数据验证了沉船自动提取算法,且抗噪性较强。通过水体影像提取的目标信息能够弥补水深点目标模型分辨率不足的缺点,为后续目标三维精细建模奠定基础。     

基于Min-Max算子的遥感影像线状地物提取

将模糊数学中极小-极大算子的概念引入到遥感影像线状地物的半自动提取中。实验结果表明该方法能够有效地克服影像上各种噪声的影响,提取速度较快并具有较强的鲁棒性。     

基于显著性分析的SAR溢油图像中暗斑区域检测方法研究

为了提高合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中海上溢油的检测精度,设计了一种图像显著性和均值偏移分割相结合的暗斑检测方法,验证了该方法在SAR溢油图像暗斑识别中的有效性,为溢油区域的准确检测奠定了基础.针对SAR溢油图像中暗斑区域在人类视觉中属于感兴趣区域的特性,利用图像显著性检...