基于LMS自适应时延估计法的微地形测距系统研究

根据单波束超声波测距原理,向模拟海底钴结壳微地形的水池表面发射超声波,应用自适应滤波方法可以估计超声回波信号的时延,使最小均方误差（LMS）后的回波信号与参考信号之间方差达到最小值,此刻的延时量就是渡越时间t,从而求出探头与目标之间的距离。通过计算机仿真和试验结果表明,将最小均方误差自适应时延法应用于海底微地形高程数据的测量,获得测距精度高,能够适用于海底微地形的探测。     

一种高精度超声波测距方法的研究

介绍了超声波在空气中的传播原理,分析了超声波测距产生测量误差的主要原因,即环境温度变化引起速度的变化,回波前沿的确定偏差引起测量时间的误差是引起测距误差的主要原因.提出通过温度测量修正传播速度,应用双比较器整形结合软件查找回波前沿以提高空气中测量精度的方法.在此基础上,设计了相应的超声波测距系统并与单比较器测量系统进行了对比实验,研究表明,双比较器整形方法能够有效的提高测量精度,而且相对其他高精度超声波测距方法,该方法电路简单.图4,表2,参8.     

基于摆动式单波束探测的微地形高程数据平滑算法研究

在摆动式超声单波束探测水下微地形中,高程数据的随机误差不可避免地影响地形绘制质量及未测地形预测精度.结合摆动式单波束探测特点,提出了一种改进型中值滤波算法,即根据背向超声波的地形坡面无法被探测的特点,首次引入地形坡度变化小于的经验准则确定跃变点最小间隔,再利用最小间隔判断测点是否为跃变点.在实际应用中,利用6条测线的高程数据,由标准中值滤波与改进型中值滤波进行比较.结果表明:改进型中值滤波算法能更好地保护地形特征点.     

一种高精度的超声测距系统实现方法

为了减小超声波测距系统的测量盲区,提高测距精度,本系统采用收发异体模式,以高斯脉冲调制信号作为超声波的发射信号,通过调节高斯信号的脉冲形成因子,改善发送信号波形,使其具有更好的抗干扰能力.在接收端,采用相关算法检测回波到达时刻,在不需要增加额外硬件电路的基础上,即可实现高精度的测距功能.实验结果表明,本系统具有良好的测距效果,系统稳定,测距精度达到1mm,相对误差在1.5%以内,无测量盲区.     

真实地形环境下低空雷达目标回波信号分析

针对低空雷达目标与杂波、环境难于一体化建模的问题,提出了一种分析真实地形环境中低空飞行目标的雷达回波信号的实景相干复合方法(CHIAL).以机载脉冲多普勒(PD)雷达为平台,首先将半空间并矢格林函数引入物理光学方法中,结合图形电磁学计算低空目标的雷达散射场强度,然后利用地形高程数据和地形地物分析数据,得到杂波单元的散射特性,通过相干杂波模型产生地杂波,最后将所有雷达回波送入各自的距离门,并加入噪声信号,模拟包含目标特性和杂波特性的有效回波信号.与传统复合建模方法相比,CHIAL方法的目标回波信号和杂波信号更加准确.对机载PD雷达探测低空目标的仿真实验表明,CHIAL方法在处理90m×90m地形高程数据时,杂波分布和信杂比与理论分析基本一致,有很强的系统工程实用价值.     

一种高精度超声波测距仪的设计与实现

在传统超声波测距基础上,结合硬件和软件两方面的控制,提出一种高精度超声波测距系统。在超声波发射部分创新性的使用MAX232芯片,缩小盲区;在信号放大部分添加时间增益补偿(TGC)电路,有效地解决远距离回波信号过于微弱而导致系统测量量程减小的难题;在接收部分采用双电压比较器整形电路并结合软件设计纠正回波前沿的方法来提高测量精度。同时在硬件上增加温湿度传感器SHT11,采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正,实现实时声速测量的功能,以降低声速变化对测量的影响。实验表明,该测距仪的设计能够实现减小盲区,增大量程（2cm-4m）,量程范围内误差控制在6mm以内的高精度测距要求。     

高精度水下测距研究

超声波传感器是典型的非接触式传感,由于传播的距离远,抗干扰性强,因而经常用于距离的测量,特别是恶劣环境下的距离检测。在介绍超声波传感器测距原理的基础上,利用AD9832产生脉冲信号,通过单片机对信号进行分析和处理,详细介绍了电路的组成,给出了程序设计思路,为超声波传感器在水下高精度的距离测量打下基础。     

低噪声回波测距系统的电路设计与系统分析

描述了超声波脉冲回波测距系统的基本组成,重点研究了超声波测距系统中的低噪声问题,设计了分时和分区的开关隔离式超声波发射和接收电路,彻底切断了发射电路和其他电干扰信号对接收电路的影响.低噪声"能量球"的设计,极大地提高了回波的信噪比,实现了超声波低功率发射条件下的信号稳定接收.同时介绍了软件滤波器在超声波的智能化低噪声处理方面的应用.     

有关一次GPS地形测量技术的探讨

地形测量应用GPSRTK技术、测深仪进行水下地形测量，结合使用水上测量软件进行实时数据采集和数据后处理，探讨了水下地形测量的一种新方法，并分析了测量成果的精度与粗差处理等有关的问题。     

超声波多普勒频移信号提取及其硬件电路研究

超声波多普勒回波信号频率具有复杂性,回波信号频差的获取方法直接影响着测量精度。为此研究了一种多普勒频移信号的提取及其硬件电路的设计。基于多普勒流速测量原理,对回波信号进行放大、混频、滤波,从回波信号中提取有用的超声波频移信号,并对其硬件电路进行设计。该方法经过仿真验证满足要求,对下一步超声波频移回波信号的数字处理做出了铺垫,是确保多普勒超声波流量计精度的基础。     

基于水下机器人的海底视频图像拼接技术探讨

运用水下机器人(ROV、AUV)配备的高清数码相机拍摄深海底的视频图像(视频、照片)有其自身的特点，如获取难度较高、覆盖面积小、光照不均匀、特征点少、数据量大等。为了获取整体大范围的海底影像，使海洋科研人员更直观、全面地认识海底微地形地貌，对其底质状况进行分析，以更详细地了解海洋底栖生物的生态环境，需要对这些拍摄的海底视频图像进行拼接处理。本文提出一种基于水下机器人的视频图像拼接流程和处理方法，首先对水下机器人拍摄的海底视频数据进行关键帧提取，得到带时间戳的序列图像；然后导入姿态数据中的偏航角对序列图像进行方位角恢复；最后基于定位数据批量地对经过方位角处理后的序列图像进行拼接和融合匀色，最终获得拍摄范围内的海底全景拼接图像。基于本文提出的图像拼接方法，对某科考航次中获取的视频图像进行拼接处理实验，取得了较好的拼接效果，验证了本文提出的方法的可行性。     

基于微气象微地形的北京地区输电线路覆冰预测技术

实现输电线路覆冰预测是保障北京地区输电线路在覆冰季正常运行的关键技术。针对北京地区输电线路覆冰预测技术研究,采用皮尔逊相关系数和灰色系统关联度分析方法,利用历史数据研究覆冰厚度与微气象微地形的相关性,得出湿度、坡向、风向和高程对覆冰厚度影响程度较高;通过多种环境特征要素组合构建基于极限随机树模型和灰色系统预测模型的覆冰预测模型,对比不同模型的预测结果的均方根误差（RMSE）,得出由湿度和风向组合构建的灰色系统覆冰预测模型效果最佳。研究结果表明,与同类预测方法相比考虑了微地形对覆冰厚度预测的影响,得到北京地区输电线路覆冰厚度相关性较高的环境因素为湿度、坡向、风向和高程;对比多种环境要素构建的覆冰预测模型,湿度和风向组合的灰色系统预测模型的均方根误差明显优于其它组合,可以有效实现北京地区输电线路覆冰预测。     

遥感影像的云及其阴影覆盖区光谱重构

以往遥感影像的云及其阴影去除方法侧重于受遮盖地物的几何特征恢复,不利于基于光谱特征的信息提取。为此,提出一种基于地物类别特征的光谱重构方法,采用两期相邻年
份相近物候期的遥感数据,借助归一化差值和决策树分类的方法,检测厚云及其阴影,并提取相应区域地表覆盖类型信息,对两时相遥感影像各波段被遮挡区的每种地物类别做线性回归分析,获取被遮挡区的重构数据。实验结果表明,该方法在恢复受云影响地物几何信息的同时,较好地实现了遮盖区地物光谱信息模拟。     

基于DSP的多通道超声波连续测厚系统的研究

为解决静态超声波测厚仪逐点间断测量带来高漏检率的问题,研究了水耦合多通道超声波连续测厚系统.该系统采用被检测物分区的思想,将被测物表面分为N个区,每个区覆盖被测物的1/N,每个分区内有M个探头并行排列、串行触发,而N个分区之间并行触发,各分区独立检测,该方法克服了静态超声波测厚电路中,检测速度和测量精度的矛盾,使系统的检测速度提高.系统采用主分量分析的方法对厚度信号进行特征提取,减少了运算的数据量,并可以识别缺陷的类型.采用多个DSP（Digital Signal Processor）对各分区信号并行处理,满足对壁厚测量的实时性,提高了系统的检测能力,并能满足对管道厚度的精密测量.     

基于合成导向矢量广义MUSIC算法的水平极化米波雷达测高方法

米波雷达具有抗击隐身目标和反辐射导弹的天然优势,但其俯仰维波束较宽,探测低空目标时波束打地,多径效应的存在严重影响米波雷达测高精度。针对这一问题,采用均匀线阵米波雷达经典镜像多径传播信号模型,总结归纳了以广义多重信号分类算法为基础的3种测高方法,并在此基础上提出了一种适用于水平极化米波雷达基于合成导向矢量广义MUSIC算法的精确测高方法,仿真实验与性能最优的第三种测高方法进行对比,在重点分析目标仰角、信噪比、快拍数、幅相误差和地面反射系数等因素对低空目标测高性能影响的基础上得出一般性结论,证明了新方法的优越性。     

水声数据传输系统中的同步信号处理

由于海洋中恶劣传输条件的影响,水声通信系统中同步信号的处理是系统的一个关键问题,在水声信号调制解调器的研究中,采用了有源带通滤波、AGC及可变阈值检测、脉宽鉴别降噪和群同步相关处理进行同步信号的检出,取得了较满意的实验结果。     

基于电磁波及超声波联合测距的井下定位方法

研究煤矿井下电磁波、超声波联合定位方法,根据井下巷道的空间结构特点,由锚节点和网关节点形成无线传输网络,网关节点布置在巷道的端点,锚节点一字排开等间距吊挂在巷道顶部中央,使巷道内任意位置都至少有两个锚节点接收到移动节点发射的电磁波信号。 移动节点通过判别锚节点电磁波信号强度确定移动节点与锚节点的位置关系;移动节点采用基于超声波的TOF检测方法进行巷道横向测距,移动节点和锚节点节采用基于电磁波信号强度的对数-常态分布模型进行巷道纵向测距,最终确定移动节点的二维坐标。 仿真结果表明,提出的定位方法误差较小,超声波在巷道横向的测距误差很小,巷道纵向50 m范围内,最大误差不超过5 m。 联合定位方法使用少数锚节点获得高定位精度,可以应用于煤矿井下。      

模拟深海采矿混响环境实验装置研究

针对真实深海采矿环境下实时微地形超声探测声信号获取难的问题,设计并建立了一套能模拟真实深海采矿混响环境的超声探测实验系统.在对螺旋采掘头结构简化的基础上,利用Fluent模拟了螺旋采掘头与多组叶轮模型对水下流场的影响,对二者所得的水下流场进行比较后,确定所选叶轮模型能较好地反映真实采矿环境.随后针对叶轮模型,实验测量了泥沙垂向浓度分布,验证了设计模型的正确性.最后进行超声探测实验,结果表明,悬浮泥沙不仅对声波产生黏滞和吸收,而且会产生严重的混响干扰,通过该超声探测系统的时间增益补偿,可有效抑制混响干扰,增加目标检测概率.本项研究为深海采矿混响环境下的超声微地形探测提供了研究基础.     

一种水下电磁测距的新方法

基于电磁波在海水中传播时产生的传播衰竭和传播相移随距离变化的对应关系,提出了将接收的电磁信号的幅度与相位分离处理后利用相位特征量进行比相测距的新方法,还进一步讲座了预先确知信号条件下采用直接比相测距,任意信号条件下采用间接比相测距的两种方式,通过推算与水池试验的验证,利用电磁辐射源在水下运行时伴随的传播相移不仅可以实现单站被动测距,并且可以获得较高的距离分辨率与测距精度。