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基于模拟二阶Sigma-Delta调制D类功放数学模型

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电源学报 2024年

作者：盛学锐王昭君张昌上海船舶电子设备所水声对抗技术重点实验室

针对模拟二阶sigma-delta调制的D类功放电路，构建了连续域数学模型及其离散化时域迭代数学模型。针对功放电路推导了连续域数学模型，数学模型表明二阶sigma-delta调制电路原理为基于正反馈的自激振荡，从而实现输出开关信号。由于连... 详细信息

针对模拟二阶sigma-delta调制的D类功放电路，构建了连续域数学模型及其离散化时域迭代数学模型。针对功放电路推导了连续域数学模型，数学模型表明二阶sigma-delta调制电路原理为基于正反馈的自激振荡，从而实现输出开关信号。由于连续域数学模型仅可计算自激振荡频率，因此对对连续域数学模型进行离散化处理，得到离散化时域迭代数学模型。该模型可计算任意输入信号时的开关频率值，并分析了二阶sigma-delta调制电路的稳定性条件。最终实验验证结果表明基于数学模型计算的开关频率理论值和实验值误差不超过14%，验证了该数学模型的正确性。

关键词：二阶sigma-delta调制 D类功放数学模型开关频率

基于快速随机搜索树*与凸优化的船舶路径规划与跟踪算法

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中国舰船研究 2024年

作者：周畅于特刘佳鹏卢地华曾青山上海船舶电子设备研究所

【目的】针对欠驱动船舶在障碍物水域的路径规划与路径跟踪问题，提出一种基于快速随机搜索树*与凸优化的船舶路径规划与跟踪算法。【方法】通过使用快速随机搜索树*算法(rapidly exploring random tree star, RRT*)，在栅格环境中进行... 详细信息

【目的】针对欠驱动船舶在障碍物水域的路径规划与路径跟踪问题，提出一种基于快速随机搜索树*与凸优化的船舶路径规划与跟踪算法。【方法】通过使用快速随机搜索树*算法(rapidly exploring random tree star, RRT*)，在栅格环境中进行采样并规划出可行路径，得到关键点序列。对可行路径中的关键点序列，基于有限记忆BFGS(limited memory BFGS, L-BFGS)凸优化算法与Cubic样条曲线，对曲线的经济性与安全性进行优化，获取时间参数化的更平滑和安全的船舶路径。最后使用模型预测控制算法进行船舶控制输出序列规划，引导船舶安全、经济地避开障碍物，从起始点航行到目标点。【结果】采用该算法对一艘船舶的运动进行模拟，实现了有效的路径规划和跟踪，路径搜索时间少于2e-5s，路径优化时间少于0.5s，路径跟踪绝对误差小于0.75m。【结论】研究证明，本文提出的路径规划与跟踪算法能够确保船舶的有效路径搜索与优化，可为无人船舶的进一步研究和工程化应用提供一定思路。

关键词：路径规划快速随机搜索树* 凸优化无人船轨迹跟踪

基于密度层次聚类特征提取的羽流气泡多波束探测

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声学技术 2024年第5期43卷 653-660页

作者：李志欣曾青山王迅上海船舶电子设备研究所上海201108

多波束水体探测凭借其高分辨率、高精度以及全覆盖的探测优势已被广泛应用。然而,由于旁瓣效应和水体环境干扰的存在,多波束水体影像中存在大量噪声,严重降低了目标特征提取的准确性。文章基于对多波束水体信号中的距离与相位特征的深... 详细信息

多波束水体探测凭借其高分辨率、高精度以及全覆盖的探测优势已被广泛应用。然而,由于旁瓣效应和水体环境干扰的存在,多波束水体影像中存在大量噪声,严重降低了目标特征提取的准确性。文章基于对多波束水体信号中的距离与相位特征的深入分析,提出了一种基于密度层次聚类的气体羽流特征提取方法。首先,对多波束成像原理及噪声特性进行了详细研究。为实现整体去噪,采用了自适应局部阈值分割法,有效地削减了噪声的影响。然后,利用密度层次聚类算法,精准地剔除了剩余噪声,进一步提高了水体影像的质量。经过处理后的水体影像质量得到显著提升,同时较完整地保留了羽流气泡的轮廓信息,进一步验证了所提方法的有效性。通过该研究,为多波束水体探测领域的目标特征提取提供了一种可行的技术途径。

关键词：多波束特征提取阈值分割密度聚类

基于稠密连接网络的单矢量水听器目标方位估计

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舰船科学技术 2024年第12期46卷 132-139页

作者：柯凯磊孙德龙上海船舶电子设备研究所上海201108

将方位估计问题看成多标签分类问题,将稠密连接网络应用于单矢量水听器目标方位估计,使用经典方法中广泛关注的二阶统计量作为神经网络的输入,使用不断生成训练集的方法训练神经网络。仿真及湖试结果表明,使用稠密连接网络相较经典方法... 详细信息

将方位估计问题看成多标签分类问题,将稠密连接网络应用于单矢量水听器目标方位估计,使用经典方法中广泛关注的二阶统计量作为神经网络的输入,使用不断生成训练集的方法训练神经网络。仿真及湖试结果表明,使用稠密连接网络相较经典方法具有更窄的主瓣和更高的方位分辨力;在2个目标信噪比相差6 dB及以上的情况下,稠密连接网络具备经典方法没有的同时检测2个目标的能力,且仍具有优秀的方位分辨力;当2个目标信噪比相差大于18 dB后稠密连接网络逐渐丧失了对弱目标的检测能力。

关键词：稠密连接网络单矢量水听器波达方位估计方位分辨力信噪比

一种面向声兼容设计的主动声呐发射波形优化方法

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声学技术 2024年第3期43卷 355-361页

作者：周飞上海船舶电子设备研究所上海201108

针对多部舰载主动声呐同时工作时产生的声兼容问题,在现有波形设计方法的基础上,文章提出一种综合考虑特定频带功率谱和自相关旁瓣级的波形设计方法。波形设计时以舰载平台不同主动声呐工作频段作为先验知识,利用基于快速傅里叶变换(Fas... 详细信息

针对多部舰载主动声呐同时工作时产生的声兼容问题,在现有波形设计方法的基础上,文章提出一种综合考虑特定频带功率谱和自相关旁瓣级的波形设计方法。波形设计时以舰载平台不同主动声呐工作频段作为先验知识,利用基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)的相位编码阻带循环算法(Stop Cyclic Algorithm-New,SCAN),综合考虑发射波形的功率谱和自相关旁瓣,引入惩罚函数,设计出一种同时兼顾特定频段功率谱陷波和相关旁瓣的发射波形。计算机仿真结果表明,SCAN算法设计后的发射波形可根据实际工作需求,通过对惩罚函数权重因子的控制,来实现对主动声呐发射波形任意工作频段功率谱抑制或发射波形自相关旁瓣的降低,从而有效减小舰载平台多部主动声呐同时工作产生的相互干扰。

关键词：声兼容波形设计功率谱抑制旁瓣抑制

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复杂背景下小样本声呐图像目标检测

舰船科学技术 2024年第3期46卷 151-156页

作者：岳亚丹范威上海船舶电子设备研究所上海201108

水下目标检测具有重要意义,在军事和民用领域都发挥着重要作用。实际场景中可以获得的声呐图像非常有限,且声呐图像的信噪比较低,无法得到较好的检测结果。因此,本文引入小样本学习,基于Faster RCNN两阶段目标检测算法,选择不同的策略... 详细信息

水下目标检测具有重要意义,在军事和民用领域都发挥着重要作用。实际场景中可以获得的声呐图像非常有限,且声呐图像的信噪比较低,无法得到较好的检测结果。因此,本文引入小样本学习,基于Faster RCNN两阶段目标检测算法,选择不同的策略对模型进行优化,得到了较好的检测结果并验证了小样本目标检测在声呐图像领域的可行性。根据混响对声呐图像的影响进行仿真实验,得到不同混响背景下的声呐图像,对比分析了不同数据集下训练模型的检测性能。实验结果表明,在训练样本中增加混响信号可以提高低信噪比条件下的目标检测精度。

关键词：声呐图像小样本学习目标检测低信噪比迁移学习

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反蛙人声呐的相控波束稳定

声学技术 2024年第1期43卷 38-42页

作者：邓红超梁晨晏怀斌上海船舶电子设备研究所上海201108

吊放式反蛙人声呐的水下姿态不稳定性对设备性能带来不利影响,声呐湿端姿态倾斜会使各波束主瓣平面偏离水平面,导致水平面内的发射声波强度损失以及海底、海面混响反射强度的增加,姿态旋转则会造成声呐接收方位失真。文章在推导给出湿... 详细信息

吊放式反蛙人声呐的水下姿态不稳定性对设备性能带来不利影响,声呐湿端姿态倾斜会使各波束主瓣平面偏离水平面,导致水平面内的发射声波强度损失以及海底、海面混响反射强度的增加,姿态旋转则会造成声呐接收方位失真。文章在推导给出湿端陀螺坐标系与大地坐标系之间姿态变换关系的基础上,基于大地坐标系内的姿态和横滚角,以相控俯仰实现导引方位上的发射波束稳定,在纵倾6°情况下,于波束导引方位可获得2.7 dB的波束稳定增益;以湿端横滚角补偿进行接收波束的方位修正,弥补陀螺航向角修正的精度误差,在纵倾6°情况下,能克服最大0.56°的方位修正误差;将仿真结果和有关试验数据进行了分析比较,验证了相控波束稳定方法的工程可行性。

关键词：波束稳定坐标变换反蛙人声呐吊放声呐

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声纳技术及其在海洋测绘中的应用研究

中文科技期刊数据库（全文版）工程技术 2024年第5期 0208-0211页

作者：孔德江上海船舶电子设备所上海201108

本论文围绕声纳技术在海洋测绘中的应用进行了深入的研究,系统地论述了声纳技术的工作原理、海洋测绘中的特殊应用和技术的发展趋势,希望能为国内外的科研人员提供一种可靠的借鉴。声纳以其特有的水下探测优势,在水下地形测绘,水下目标... 详细信息

本论文围绕声纳技术在海洋测绘中的应用进行了深入的研究,系统地论述了声纳技术的工作原理、海洋测绘中的特殊应用和技术的发展趋势,希望能为国内外的科研人员提供一种可靠的借鉴。声纳以其特有的水下探测优势,在水下地形测绘,水下目标探测和定位,以及海洋生态环境探测等领域有着重要的应用价值。同时,也讨论了声纳技术应用于海洋环境所面临的问题,并对其今后的发展进行了展望。通过这一全面的论述,能够更加深刻地认识到声纳在海洋测绘方面的价值与意义,为推进有关方面的研究工作提供了借鉴与参考。

关键词：声纳技术海洋测绘水下地形测绘应用

用于圆周合成孔径声呐成像的无人船圆周运动精准控制方法

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上海交通大学学报 2024年

作者：乔文超聂伟民杜选民刘本奇叶天明杨天霖汉江国家实验室上海船舶电子设备研究所

圆周合成孔径声呐通过对成像场景作360°圆周运动获得目标全方位观测信息，以实现水下目标三维高精度成像，其成像效果受无人搭载平台的圆周运动误差影响较大。针对这一问题，根据圆周路径推导设计了基于向心加速度的圆周运动非线性制... 详细信息

圆周合成孔径声呐通过对成像场景作360°圆周运动获得目标全方位观测信息，以实现水下目标三维高精度成像，其成像效果受无人搭载平台的圆周运动误差影响较大。针对这一问题，根据圆周路径推导设计了基于向心加速度的圆周运动非线性制导算法（Centripetal Acceleration based Nonlinear Guidance for Circular，CANGC），对圆周轨迹贴合度高，具有较高的控制精度。此外，还设计了基于模型预测控制算法的圆周运动控制律，具有较快的控制响应和较强的自适应能力。将两种算法较好地融合，可实现精准圆周轨迹跟踪。其中制导律的控制输出为偏航角速度，因此控制过程中不依赖于无人船磁力计测得的偏航角数据，可以在具有较强磁场影响的条件下使用。通过仿真实验验证了算法的优越性，本文所设计的算法跟踪精度比文献中的算法的跟踪精度高80.1%。通过湖上实验进一步验证算法效果，对于圆周运动有较高的控制精度。研究成果为圆周合成孔径声呐成像无人船平台研究提供了算法基础。

关键词：无人船圆周合成孔径声呐成像圆周运动控制模型预测控制