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浅海矢量声场极化特性的深度分布规律

物理学报 2024年第9期73卷 134-148页

作者：韦宜政孙超朱启轩西北工业大学航海学院西北工业大学陕西省水下信息技术重点实验室

海洋波导环境中声场的极化特性可为水下目标探测提供新思路,因此对极化特性进行研究很有意义.本文将Stokes参数扩展到宽带形式,利用非平稳相位近似方法对公式进行简化,降低了理论推导的复杂性,并揭示了极化特性在声源深度及声源对称深... 详细信息

海洋波导环境中声场的极化特性可为水下目标探测提供新思路,因此对极化特性进行研究很有意义.本文将Stokes参数扩展到宽带形式,利用非平稳相位近似方法对公式进行简化,降低了理论推导的复杂性,并揭示了极化特性在声源深度及声源对称深度具有显著变化特性的物理机理.数值仿真结果表明:使用非平稳相位近似进行简化后的公式是有效的,可以较好地表征出极化特性的深度分布规律;同时,通过对宽带Stokes参数归一化,可以去除水平距离对极化特性深度分布规律的影响;随后,以归一化宽带Stokes参数为研究对象,分析了声源频率、声源深度、声速剖面及海水深度等参数对极化特性深度分布规律的影响.通过RHUMRUM实验数据处理结果验证了非平稳相位近似的有效性和归一化宽带Stokes参数的距离无关性质.相关结论可为基于矢量场极化特性的被动目标深度估计提供理论依据.

关键词：极化矢量声场浅海 Stokes参数

基于以太网接口的水下无线光中继通信系统设计

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光学学报 2024年

作者：杨祎封一博窦雨昂张建磊贺锋涛朱云周王晓波高旭李乐妍西安邮电大学电子工程学院中国船舶集团公司第705研究所水下信息与控制重点实验室

由于无线光通信UWOC(Underwater Wireless Optical Communication)在水下传输距离有限且辐照范围受环境约束，本文提出了一种基于蓝绿波分的链式中继网络拓扑结构，在提高数据传输距离的同时也可改变数据传输方向。首先针对光电/电光异... 详细信息

由于无线光通信UWOC(Underwater Wireless Optical Communication)在水下传输距离有限且辐照范围受环境约束，本文提出了一种基于蓝绿波分的链式中继网络拓扑结构，在提高数据传输距离的同时也可改变数据传输方向。首先针对光电/电光异构数据类型，设计了基于以太网数据的层级数据处理结构，解决了高速并行以太网数据到低速串行光信道数据的转换问题。其次针对无线光数据传输模式，我们设计了一种引导序列、类串口字符帧结构和数据转发协议，在节省系统能耗的同时，提高了系统可靠性。最后我们使用现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）实现了这些算法和协议，搭建实验系统，探究了在不同的传输速率和接收光功率的情况下，引导序列字节数对系统数据可靠传输的影响，并在标准3米实验水池中测试了不同速率的三点级联系统性能。实验表明，在引导序列字节数为3-22字节内，相比于端对端通信系统数据丢帧率的传输距离，中继级联系统中在同样丢帧率下可成倍数延长水下通信距离。

关键词：水下无线光通信中继以太网异构数据 FPGA

一类基于模糊推理的具有机动自适应的目标跟踪算法

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上海交通大学学报 2024年第4期58卷 468-480页

作者：郝亮黄颖浩姚莉秀蔡云泽上海交通大学自动化系、系统控制与信息处理教育部重点实验室上海200240

针对变结构多模型算法在机动目标跟踪中对目标机动不确定性、量测不确定性自适应能力不足的问题,提出一种基于模糊推理的机动自适应目标跟踪算法.设计一种基于模糊推理的双级机动判别模型,利用模型概率信息和主模型滤波残差加权范数进... 详细信息

针对变结构多模型算法在机动目标跟踪中对目标机动不确定性、量测不确定性自适应能力不足的问题,提出一种基于模糊推理的机动自适应目标跟踪算法.设计一种基于模糊推理的双级机动判别模型,利用模型概率信息和主模型滤波残差加权范数进行主模型可信度和机动判别推理;并将双级机动判别引入基于可能模型集的期望模式扩增方法(EMA-LMS)框架,提出一种模糊推理EMA-LMS算法,实现对模型集自适应的参数和策略的在线调节,从而生成更加接近目标真实运动模式的期望模型,并更好地对模型进行取舍.仿真结果表明,本文算法能够有效增强算法对目标机动和量测不确定的自适应性,提高跟踪精度.

关键词：机动目标跟踪变结构交互式多模型机动判别模糊推理

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联合多传感器的水下多目标无源声学定位

声学学报 2024年第1期49卷 16-27页

作者：李想王燕齐滨郝宇梁国龙张涵哈尔滨工程大学水声技术全国重点实验室哈尔滨150001 工业和信息化部海洋信息获取与安全工信部重点实验室(哈尔滨工程大学) 哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水声工程学院哈尔滨150001 青岛海纳水下信息技术有限公司青岛266400

在多传感器无源声学定位问题中,不同传感器接收的来自同一目标的信号均对应于此目标位置,依据这一物理基础,提出了一种基于粒子滤波的无源声学定位方法,以有效融合多传感器数据,进而提高定位性能。该方法将粒子滤波中的似然函数定义为... 详细信息

在多传感器无源声学定位问题中,不同传感器接收的来自同一目标的信号均对应于此目标位置,依据这一物理基础,提出了一种基于粒子滤波的无源声学定位方法,以有效融合多传感器数据,进而提高定位性能。该方法将粒子滤波中的似然函数定义为粒子状态所对应不同传感器信号之间互相关输出的乘积。该似然函数的设计确保所提方法可以充分获取多传感器的处理增益。此外,所提方法摆脱了传统定位范式,因此可以规避传统定位范式必须面对的测量−跟踪关联问题。湖上试验表明,在强多途干扰的条件下,传统定位方法的平均定位误差为7.2 m,而所提方法的平均定位误差为1.2 m,具有更好的性能。

关键词：粒子滤波检测前跟踪无源声学定位互相关

基于波形域的匹配滤波前抗间歇采样转发干扰方法

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雷达学报（中英文） 2024年第1期13卷 240-252页

作者：苏汉宁潘嘉蒙鲍庆龙郭福成胡卫东国防科技大学自动目标识别国家重点实验室长沙410073 国防科技大学电子信息系统复杂电磁环境效应国家重点实验室长沙410073

间歇采样转发干扰属于一类脉内相干欺骗干扰,其运用欠采样原理,在距离维上产生多个虚假的目标峰,从而干扰真实目标的检测与跟踪。为了解决这一问题,该文提出了一种基于波形域的匹配滤波前抗间歇采样转发干扰方法。首先,考虑到间歇采样... 详细信息

间歇采样转发干扰属于一类脉内相干欺骗干扰,其运用欠采样原理,在距离维上产生多个虚假的目标峰,从而干扰真实目标的检测与跟踪。为了解决这一问题,该文提出了一种基于波形域的匹配滤波前抗间歇采样转发干扰方法。首先,考虑到间歇采样转发干扰的部分匹配特性,该文在匹配滤波过程中引入了扩展域,即波形域,以研究干扰信号与真实目标回波信号元素的局部特征,并在每个波形域上定义了自适应的阈值函数。其次,引入卡尔曼滤波对波形域信号进行状态估计,通过自适应阈值检测筛选出波形域信号中的有效积分元素与无效积分元素,并建立关于有效积分元素的估计状态空间。最后,在抑制波形域信号中的无效积分元素的同时,从有效积分元素的估计状态空间中补充相应长度的积分元素,保留剩余的有效积分元素,通过积分得到不含虚假目标的距离像结果。该文所提方法不倚赖于任何干扰机参数等先验信息,即可有效抑制间歇采样转发干扰。仿真实验表明,与传统方法相比,该文方法实现的抗间歇采样转发干扰性能更优。

关键词：波形域抗间歇采样转发干扰匹配滤波自适应

水下底栖生物轻量化目标检测算法YOLOv7-RFPCW

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农业工程学报 2024年第11期40卷 168-177页

作者：赵晨陈明上海海洋大学信息学院/农业农村部渔业信息重点实验室上海201306

针对水下底栖生物检测模型参数量过多,计算量过大,同时水下环境复杂容易造成错检和漏检,影响模型在水下底栖生物检测任务中的准确性的问题。提出了一种水下底栖生物轻量化检测算法YOLOv7-RFPCW。对YOLOv7网络重新设计轻量级网络结构,降... 详细信息

针对水下底栖生物检测模型参数量过多,计算量过大,同时水下环境复杂容易造成错检和漏检,影响模型在水下底栖生物检测任务中的准确性的问题。提出了一种水下底栖生物轻量化检测算法YOLOv7-RFPCW。对YOLOv7网络重新设计轻量级网络结构,降低了特征提取网络的参数量和计算量,减少模型体积。设计了P-ELAN和P-ELAN-W模块,进一步轻量化特征提取网络;针对水下图像颜色失真,目标的空间位置不准确的问题,采用CBAM注意力模块加强特征融合,减少信息丢失,以更好地适应特殊的水下环境;针对水下目标容易出现形状变形的问题,使用WIOU-V3损失函数替换默认的CIOU损失函数,提高水下底栖生物检测的鲁棒性。试验结果显示,改进后的模型YOLOv7-RFPCW的参数量和计算量分别减少了75.9%和30.7%,模型体积减小了75.3%,精度提升了1.9个百分点。这一综合性的提升兼顾了轻量化和精度,为在水下环境中部署提供了可行的解决方案,验证了所提出的改进算法能胜任水下底栖生物检测任务。

关键词：目标检测深度学习 YOLOv7 底栖生物

基于水文环境的鱼雷自导作用距离预估方法研究

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舰船科学技术 2024年第6期46卷 181-185页

作者：李永胜邓剑晶杨向锋肖霖中国船舶集团有限公司第七〇五研究所陕西西安710075 水下信息与控制重点实验室陕西西安710075

水声传播特性受海洋环境的水文条件影响严重,具有非常显著的时变和空变特性,直接制约着鱼雷自导性能。基于波束追踪(Bellhop)声场计算方法,综合考虑信道特性、装备自身特性和目标特性,建立鱼雷自导作用距离预估模型,提出鱼雷工作深度选... 详细信息

水声传播特性受海洋环境的水文条件影响严重,具有非常显著的时变和空变特性,直接制约着鱼雷自导性能。基于波束追踪(Bellhop)声场计算方法,综合考虑信道特性、装备自身特性和目标特性,建立鱼雷自导作用距离预估模型,提出鱼雷工作深度选择方法,可为鱼雷探测能力评估、作战规划、作战参数选择等提供技术手段。通过仿真和实航试验结果,分析水文环境对鱼雷自导作用距离的影响,验证了预估模型的准确性,研究成果可用于指导鱼雷作战使用,并为研究鱼雷自导环境适应性问题提供参考。

关键词：鱼雷自导作用距离预估 Bellhop 环境适应性水声传播

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基于被动声呐音频信号的水中目标识别综述

自动化学报 2024年第4期50卷 649-673页

作者：徐齐胜许可乐窦勇高彩丽乔鹏冯大为朱博青国防科技大学计算机学院长沙410073 并行与分布处理国防科技重点实验室长沙410073

基于被动声呐音频信号的水中目标识别是当前水下无人探测领域的重要技术难题,在军事和民用领域都应用广泛.本文从数据处理和识别方法两个层面系统阐述基于被动声呐信号进行水中目标识别的方法和流程.在数据处理方面,从基于被动声呐信号... 详细信息

基于被动声呐音频信号的水中目标识别是当前水下无人探测领域的重要技术难题,在军事和民用领域都应用广泛.本文从数据处理和识别方法两个层面系统阐述基于被动声呐信号进行水中目标识别的方法和流程.在数据处理方面,从基于被动声呐信号的水中目标识别基本流程、被动声呐音频信号分析的数理基础及其特征提取三个方面概述被动声呐信号处理的基本原理.在识别方法层面,全面分析基于机器学习算法的水中目标识别方法,并聚焦以深度学习算法为核心的水中目标识别研究.本文从有监督学习、无监督学习、自监督学习等多种学习范式对当前研究进展进行系统性的总结分析,并从算法的标签数据需求、鲁棒性、可扩展性与适应性等多个维度分析这些方法的优缺点.同时,还总结该领域中较为广泛使用的公开数据集,并分析公开数据集应具备的基本要素.最后,通过对水中目标识别过程的论述,总结目前基于被动声呐音频信号的水中目标自动识别算法存在的困难与挑战,并对该领域未来的发展方向进行展望.

关键词：被动声呐信号水中目标自动识别深度学习有监督学习自监督学习

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基于随机森林模型的四川盆地臭氧污染预测

环境科学 2024年第5期45卷 2507-2515页

作者：杨晓彤康平王安怡臧增亮刘浪国防科技大学气象海洋学院中国气象局高影响天气重点开放实验室长沙410000 成都信息工程大学大气科学学院高原大气与环境四川省重点实验室成都610225

为研究四川盆地臭氧(O_(3))污染长期变化,使用四川盆地18个城市的地面O_(3)浓度数据和气象观测数据,首先分析了2017~2020年间四川盆地O_(3)浓度的时空分布特征,再利用随机森林模型,筛选出影响O_(3)浓度变化的主导气象因子,构建了气象因... 详细信息

为研究四川盆地臭氧(O_(3))污染长期变化,使用四川盆地18个城市的地面O_(3)浓度数据和气象观测数据,首先分析了2017~2020年间四川盆地O_(3)浓度的时空分布特征,再利用随机森林模型,筛选出影响O_(3)浓度变化的主导气象因子,构建了气象因子和O_(3)浓度之间的统计预测模型,并对2020年四川盆地城市群的O_(3)污染状况进行预测分析.结果表明:①2017~2020年间O_(3)浓度呈现波动变化趋势,2019年出现一个低值,2020年O_(3)浓度又有所回升.②气象影响因子中相对湿度、日最高温度和日照时数对O_(3)浓度变化具有重要意义,而风速、气压和降水量的重要性较低;同时,气象因子之间也存在着不同的线性关系,气压与其他气象要素呈现负相关性,而剩余气象要素之间正相关关系较为明显.③基于随机森林构建的O_(3)预测模型的拟合优度(R^(2))较高,展示出较好的预测性能,能够较好地预测O_(3)浓度的长时间逐日变化,具有良好的稳定性和泛化能力.④通过对四川盆地18城市的O_(3)浓度变化进行预测分析,结果表明除雅安外,所有城市预测模型的变量解释率均达到80%以上,说明随机森林模型能够较为准确地预测O_(3)浓度的变化趋势.

关键词：随机森林臭氧污染预测四川盆地气象因子