基于深度学习的水下生物目标检测方法综述

水下生物目标识别对水产养殖、濒危生物保护、生态环境监测具有重要意义。综合分析了当前各种深度学习方法在水下生物目标检测中的应用情况。首先介绍了常用的水下生物目标检测数据集；然后，按照两阶段和单阶段对当前常用目标检测方法进行分类、分析和总结，详细阐述了各类检测方法的实际应用状况，并重点对上述各类检测方法优化策略的优势与不足进行了分析和总结；最后，对基于深度学习的水下生物目标检测提出今后的研究重点，为该领域的研究人员提供了资料性的参考依据。     

水下目标敷设吸声材料对抗鱼雷作战效果仿真研究

研究水下目标敷设吸声材料对抗鱼雷作战效果对鱼雷和消声瓦技术的研究具有重要意义.本文从对抗角度出发,建立了水下目标敷设吸声材料对抗鱼雷效果的仿真模型和评估方法,对水下目标敷设吸声材料后对抗来袭鱼雷的作战效果以及水下目标敷设吸声材料后目标强度最佳预期降低值问题进行了仿真研究.仿真结果表明:水下目标敷设吸声材料后可使来袭鱼雷的命中概率下降,但对自导性能先进的鱼雷而言对抗效果并不明显,因此需采用软硬结合的综合对抗方法,而不能单纯依靠采用吸声材料的软对抗方式.最后基于仿真结果,本文提出了消声瓦技术的发展建议.     

基于海洋磁异常特征的目标定位理论和方法

在世界磁场模型WMM2005的基础上,建立了海洋磁场的数值计算模型,根据水下目标磁场的远场分布特征,建立了目标磁场分布的定位模型。在此基础上提出了水下目标磁异常定位方法。仿真实验证明,该定位方法完全可以满足水下目标精确定位的要求。     

水下目标定位中的声线折射修正方法

研究了提高水下目标定位精度的一种误差修正方法-声线折射修正方法.首先根据水下声线传播环境和声速变化规律建立了海水的折射率球面分层模型.然后基于Snell定理,利用射线描迹方法得到从声源到水下目标的声线传播轨迹,从而建立声线的真实传播距离和角度模型.经与声纳测量系统的测量参数比对,建立了水下目标定位中的声线折射误差修正模型.根据实测的海水声速剖面,利用折射率球面分层模型和声线折射修正模型进行了水下目标定位的数值计算.实验证实,采用声线折射修正方法可以有效地提高水下目标的定位精度.     

敷设空腔覆盖层的水下弹性球壳散射特性

研究敷设空腔覆盖层的水下弹性球壳声散射特性对探测和识别水下目标具有重要意义。利用 COMSOL有限元软件对水下弹性球进行仿真,获得目标强度的数值解,通过与理论解对比验证了该方法可用于计算水下球形结构的声散射特性。通过对弹性球壳敷设覆盖层前后的目标强度进行仿真,对比结果指出敷设空腔覆盖层能有效降低球壳的目标强度。进一步讨论覆盖层材料参数和空腔结构变化对弹性球壳声散射特性的影响,结果表明：空腔比、覆盖层厚度和损耗因子值越大,目标强度越小;与圆柱、圆台空腔相比,圆锥空腔的目标强度最低。     

激光水下目标探测中混沌背景信号重构的研究

对激光水下目标探测中混沌景信号的重构问题进行了研究。讨论了混沌时间序列的动态特性，并实际计算了激光水下目标探测中混沌背影信号的时延、混沌维数等有关征参量。阐述神经网络重构时间序列模型机理的基础上，提出用神经网络局剖预测法重构水下目标探测中混沌背影信号，最后在成功地重构出屯背影信号的条件下，利用预测误差检测到水下目标探测中的有用弱信号。实验结果表明这种方法是比较有效的。     

水下三维被动目标运动分析的相关性数据融合方法

提出一种新的数据融合方法来研究水下三维情形的TMA(目标运动分析)问题.以被动声纳关于目标的方位角、高低角和多途时延等3种数据的测量为例,首先分组处理,得到目标状态参数的初步估计;然后在考虑组合数据间相关性的前提下,用数据融合方法来实现水下三维被动TMA.仿真结果表明:数据融合后的参数估计误差曲线收敛性更好,收敛速度更快,估计精度明显提高.该方法能够在水下潜艇上实现,因而对水下航行有一定的实际意义.     

用自适应扩展卡尔曼滤波跟踪水下目标的算法研究

针对短基线声纳系统跟踪水下目标的问题,建立了状态方程和观测方程,提出了一种自适应扩展卡尔曼滤波的跟踪算法,该算法包含八个基本步骤。将声波传输时延转换为水下目标的距离,用卡尔曼滤波的方法对数据中的噪声进行滤波。对目标的匀速航行和机动航行进行了仿真实验,实验结果表明了该算法的正确性和有效性。最后将该算法用于水下目标的实测数据,收到了良好的效果。     

水下目标声散射特性仿真

对水下目标的声散射机理进行了简要的理论分析．对于几种典型的水下目标，在近场采用物理声学法实现了声纳成像仿真，远场利用亮点模型理论实现了回波波形的模拟．根据远近不同，采用不同的方式来提取目标的特征，为水下目标的识别提供了仿真数据．     

基于无迹卡尔曼滤波的水下机动目标跟踪研究

针对跟踪水下机动目标,难度较大的问题,建立了目标运动方程和观测方程,并将无迹卡尔曼滤波算法运用到水下目标运动分析中。通过蒙特卡洛模拟仿真,结果表明在处理非线性问题中,该方法计算量小、实现简单,精度较高,有较强的实用性。     

基于相对测距的水下目标定位算法

在没有星基、地基及水下时空基准信息的辅助下,为解决对水下目标精密定位问题,提出了一种基于水面舰船间相对测距和目标到达角的水下机动目标定位算法(UTPA)。通过联合水面舰船间电磁波相对距离观测和水下声学测角信息建立定位方程,考虑到目标定位方程求解中的异类信息融合权比失配问题,利用Helmert方差分量估计完成目标相对位置的迭代求解。Monte Carlo仿真表明:基于Helmert权比自适应调整的UTPA的定位偏差仅为典型的单平台声学定位技术的10%。     

基于注意力机制的水下目标检测算法

针对传统水下目标检测算法识别精度低的问题,提出一种基于注意力机制的水下目标检测算法(feature refinement and attention mechanism network,FRANet).该算法采用特征融合模块和特征增强模块相结合的方式,使用卷积神经网络提取目标的多尺度特征.同时引入一种由锚框精化模块、空...     

水下小目标的回波特性

摘要：
应用板块元方法对水下小目标的回波特性进行了研究,包括回声强度和多波束近程回波亮点声图像仿真等.通过回声强度计算和多波束仿真表明,小目标的目标强度指向性很强,并且可以看出亮点形成结构.湖上实验结果表明,板块元方法可以对水下小目标的回波特性进行预报且预报结果良好. 关键词：
水下小目标; 回声强度; 角度距离谱 中图分类号： O 421
文献标志码： A     

水下目标多元声传感阵列网络定位方法

针对由于环境干扰因素等影响水下目标精确定位的问题,提出了采用以声传感器为核心的多五元声传感阵列网络定位方法。根据水下空间环境,建立了多五元声传感阵列网络定位空间数学模型,研究与分析网络结构的多五元声传感阵列定位算法,给出了水下目标多五元声传感阵列网络定位参数的计算式及误差分析。分析表明:多五元声传感阵列网络定位参数的精度与声传感器阵列的布阵方式和声传感器之间的时延密切相关,随着时延的增大,水下目标方位角、俯仰角及距离误差也增大;通过采用单五元声传感阵列定位算法和多五元声传感阵列网络定位模拟对比实验,在同一区域下,多五元声传感阵列网络定位算法测量误差小于单五元声传感阵列定位算法测量误差,验证了水下目标多五元声传感阵列网络定位具有测试精度高的优点,为水下目标的精确定位及精确制导研制提供了技术方法,为开拓水下目标检测奠定了基础,具有很高的应用价值。     

水下双目视觉系统中的目标分割和目标定位

针对典型灰度化和阈值方法用于水下目标分割时存在的目标分割不完整等问题,提出了基于灰度对比度增强的两步目标分割方法:第一步基于彩色矢量阈值进行目标粗分割;第二步分析局部对比度和区域内均匀性,动态确定不同通道的权值和反向处理,进而增强灰度对比度,完成目标精分割.针对典型标定、立体匹配和目标位置测量方法不适用于本研究环境的问题,提出了基于目标尺寸估计的目标定位方法,首先完成在线外参标定和目标圆心匹配,然后利用双目位置测量数据估计目标的尺寸,最后采用单目位置测量得到定位数据.结果表明:该分割方法能够准确分割目标,分割准确率和错分类比率均优于典型方法,定位方法能够得到目标三维位置数据,研制的双目视觉系统能够有效配合水下运载器-机械手系统完成自主作业任务.     

水下简单形状目标回声的近远场过渡特性

定义了描述目标近场回声特性的物理量－回声强度（Echo Strength,ES)。提出计算ES的近场板块元方法，得出水下简单形状目标：球体、椭圆柱和旋转椭球体回声的近、远场过渡规律。为实验测量目标强度时的距离选择提供理论依据。     

基于类加权YOLO网络的水下目标检测

由于水下目标检测面临着图像模糊、尺度多样化、复杂背景等问题,给水下目标检测应用带来很多挑战.本文提出了一种基于类加权YOLO网络的水下目标检测方法,主要思想是在深度网络YOLO的基础上,构造了类加权损失函数,来平衡样本难易程度以获得更好的效果,并引入了目标框自适应维度聚类方法,进一步提升了检测性能.实验结果表明,本文算法与传统的YOLO网络模型相比,在每幅图片包含近20个目标的密集目标检测任务中,能够将平均准确率从71.2%提升至74.1%,召回率由71.1%提升到78.3%.     

水下安保声栅栏设备总体结构设计与应用

结合水下反恐需求并确保指定海域的水下安全,介绍了一种用于水下安保的声栅栏设备,该设备为圆柱体外形结构,采用锚系的方式锚定在海底。通过组网的工作布置方式形成水下声栅栏警戒系统,主要用于探测水下、水面威胁小目标,对其进行跟踪识别并实时告警。现已成功应用于某大型体育赛事水上项目的水下安保系统,其海上无故障连续工作充分验证了其良好的工作可靠性。     

基于证据理论的AUV目标识别研究

根据D2S证据理论能很好表示“不确定性”和“不知道”的特点,对比不同的数据融合算法,在分析D2S证据理论的性能特点基础上,提出了一种基于自主式水下航行器的扫描声纳和水下摄像机两种视觉传感器采集信息的基本概率分配函数的方法和规则,并且分析了自主式水下航行器上的扫描声纳和水下摄像机这两种视觉传感器的信息在目标位置求解中的应用,同时利用Dempster合并规则,分析计算这两种视觉传感器在自主式水下航行器进行目标类别识别时的合成融合值.通过列表分析,表明增加了目标识别的可信度,减少了目标的不确定性.     

GeoSwath多波束系统在海底目标探测中的应用

通过合理设置多波束探测参数,增加海底目标探测的数据点数,调节回波模拟数据的TVG增益等措施,获得目标的高精度深度和图像信息,实现对海底目标的识别,使GeoS-wath多波束在水下目标探测中具有复合探测能力.对海底人造目标和沉船目标进行探测试验,为交通领域水下精确海图制作提供了来源.