高精度和高分辨率水下地形地貌探测技术综述

为提高我国水下地形地貌探测技术水平,促进对海洋的科学认知和高效开发利用,文章综述高精度和高分辨率水下地形地貌探测技术研发进展,并分析关键技术发展方向。研究结果表明:采用机载激光、多波束、侧扫声呐、浅地层剖面、双频识别声呐、合成孔径声呐和水下三维扫描声呐等探测技术以及无人船、水下机器人和海底观测网等探测平台,可获取高精度和高分辨率水下地形地貌信息;应在提高设备性能、减小探测误差和完善数据算法等方面加大研究力度,重点发展综合探测技术,从而全面和清晰地反映水下地形地貌。     

基于数学形态学的侧扫声呐图像轮廓自动提取

侧扫声呐图像特征自动提取的难点在于特征地貌边缘检测较困难,依据图像灰度突变检测得到的边缘比较粗糙、不连续,而且有断口和小洞。本文在对图像进行预处理和阈值化的基础上,采用数学形态学方法对图像进行处理,即用具有一定形态的结构元素去量度和提取图像中的对应形状,得到连续化、粗化、圆滑的特征区域边缘填充目标内部阴影且消除背景噪声。基于数学形态学的侧扫声呐图像特征自动提取的主要步骤为:首先对侧扫声呐图像进行预处理,然后进行灰度阈值化,接着采用数学形态学方法进行处理,最后对处理后的图像进行边缘检测,提取出特征地貌边缘。实验表明,采用数学形态学方法进行处理后,错断、离散的海底目标物变得连续,背景噪声大大减少,自动提取结果准确可靠。     

单舰双声呐对鱼雷交叉定位误差分析

目前鱼雷武器仍是水面舰艇在未来战场上的主要威胁之一,而鱼雷位置信息的获取对鱼雷防御具有至关重要的作用。随着声呐探测系统性能不断提升,舰壳和拖曳式声呐也可在较远距离上探测到来袭鱼雷方位信息,因此基于双声呐测向信息可以对鱼雷位置进行交叉定位。通过建立典型测量误差下的误差空间分布模型,仿真分析了常规交叉定位算法目标定位误差空间分布情况。针对测向方位这一主要定位误差影响因素,提出了基于测向方位滤波的交叉定位算法。动态场景下的仿真结果表明：该算法可以有效提高鱼雷目标定位精度。该研究可为利用单舰双声呐系统对鱼雷目标进行定位提供依据。     

基于多波束声呐的同时定位与地图构建

对自主水下航行器定位与建图进行了研究。分析了 SLAM 的算法原理,采用 BlueROV2 和声呐、 DVL、IMU 搭建了实验平台,并选择合适的算法框架完成了完整的算法设计。使用声呐为主要感知单元完成自主水下航行器的 SLAM 实验,并对声呐数据的杂波、野值、虚警等进行了滤波处理。最后,在水池、湖泊试验中对所研究的 SLAM 算法的定位与建图进行了验证,取得了良好的试验结果。     

一种基于方位估计的双站被动声呐航迹关联方法

当探测区域存在多个目标时,双站被动声呐测向系统通过目标方位线交叉定位会产生多个交点,对被动声呐的测量方位进行关联即是剔除虚假交点,选择真实交点。在两被动声呐对目标方位保持连续跟踪的条件下,提出了一种利用方位预关联形成关联航迹对目标的位置和方位值进行估计,根据估计值与传感器实测方位值的偏差大小来判定预关联正确性的决策规则,结合海上实验数据仿真验证了方法的有效性。     

美国无人潜航器反制措施研究现状

简要分析了无人潜航器反制措施的必要性,从探测分类、软杀伤对抗和硬杀伤对抗 3 个方面总结分析了美国无人潜航器反制措施研究现状。美国无人潜航器探测目前主要依靠反蛙人探测系统,但是反蛙人探测系统存在告警距离短、响应时间不足的问题。因此,美国海军寻求利用海洋哺乳动物和海洋生物探测和分类潜航器的方法。软杀伤对抗主要包括 UUV 捕获、欺骗、干扰及网络对抗;硬杀伤对抗主要介绍了通过超空泡子弹破坏、摧毁 UUV。     

水下预警探测声呐基阵与反潜兵力的融合运用初探

海军反潜作战装备的快速发展,反潜作战能力的不断提升,要求我们加快反潜作战战法创新。 在水下预警探测声呐基阵信息支持下,为拓展反潜兵力的应用场景,发展创新了传统反潜兵力的战术战法, 深入分析了作战指挥原则和兵力使用方法。     

基于深度学习的声呐图像目标检测系统

声呐图像目标检测是实现水下勘探、海底救援、敌对目标侦查等任务的重要环节,深度学习相关技术的突破为该领域的发展带来了新的机遇。基于深度学习的声呐图像目标检测算法性能优于传统方法,然而相关的系统性研究与应用仍然不足。鉴于此,利用深度学习模型数据驱动的优势设计了一种声呐图像目标检测系统,以满足实际应用对系统精度、速度、可移植性、可扩展性、部署环境的需求。该系统由数据集生成、算法模型训练与测试、模型部署应用3个子系统组成,应用于水下可疑目标探测任务,实验结果表明：所实现的目标检测系统在测试数据上和实际应用中均具有良好的性能。     

侧扫声呐图像应用领域综述

侧扫声呐图像目前广泛应用于海洋工程、海洋科学、水下目标探测与识别等领域。仪器性价比的不断提高,给侧扫声呐图像的更深层应用带来了新的契机。本文综述了侧扫声呐图像的应用领域,为我国更深层次应用这一传统设备提供了实践指导;同时,概略给出了侧扫声呐图像后续精细处理的研究方向。