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.     

多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究进展

介绍了利用多波束声纳水柱影像探测中底层水域目标的研究现状,以实例说明了多波束声纳水柱影像的典型应用,展望了其应用前景.多波束水柱影像携带了波束从换能器到海底的完整信息,可用于探测从海面至海底的声照射目标,包括探测航道障碍物、水雷和海底突起物等海底民用军事目标,检视水下工程,也可探测鱼群、海洋内波、羽状气流等中底层水域固体或非固体目标.通过改变波束照射方式,多波束声纳可兼作扇扫声纳,还可进行动态目标的探测与跟踪.多波束声纳水柱影像在水下目标探测中应用广泛,多波束声纳技术也发展迅速,典型特征是波束数增多、波束角减小、覆盖角度扩大、信号带宽增加、硬件体积缩小.高精度、高分辨率、三维立体测深成像将是未来多波束声纳的发展方向.未来多波束声纳技术将集成侧扫声纳、合成孔径声纳、扇扫声纳等多种水下声学成像工具于一体,其应用领域也将进一步拓展.     

国内期刊亮点

正中国多金属结核西示范区的结核小尺度分布特征广州海洋地质调查局梁东红等利用DY115-20航次在中国多金属结核西示范区加密调查中获取的海底视像资料,从结核覆盖率分布角度对多金属结核的小尺度分布特征进行了研究。研究人员首先对海底视像资料进行回放和截图,然后通过水下定位数据处理对截图资料进行水下定位,并对截图进行结核覆盖率计算,最后结合水下定位数据、结核覆盖率和多波束地形测量数据,实现对多金属结核小尺度分布特征的研究。     

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     

多超声波传感器智能定位系统

智能定位系统越来越多的应用于各个领域，尤其是一些人力很难到达或控制的场合，像水下定位、井下定位、机器人定位或机床零件的定位．本文就是针对目前的这种市场而设计的一种用超声波传感器实现的基于多信息融合技术的智能定位系统．具有适应性强，成本低，精确度高的特点，适合市场的需求．     

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。     

水中气体目标的多波束声呐成像与检测算法

随着海底输气管道的使用日益增多,对输气管道泄漏的检测刻不容缓。文中提出一种基于多波束声呐的水中气体目标成像与检测算法。成像算法以MVDR(minimun variance distortionless response)波束形成算法为核心,归算水体位置信息和反向散射强度信息后实现对水体目标的声呐成像。对声呐图像采用基于数学形态学的边缘检测算法检测目标边缘,判断气体目标有无。通过水池试验结果证明,文中提出的算法流程能够有效地实现水中气体目标的成像与检测,具有较好的工程应用前景。     

面向机器人抓取的双目视觉单步多目标检测方法应用研究

针对工业机器人的抓取技术普遍采用离线示教的方式,目标物的改变就会导致抓取不准的问题,研究了一种面向机器人抓取的双目视觉单目多目标检测方法,强化了机器人的抓取能力;首先搭建机器人抓取视觉检测系统,系统采用双目测距模型定位深度,单步多目标检测器定位像素坐标;通过相机标定和eye-to-Hand手眼标定将图像中的像素坐标以及双目测距模型的深度坐标转换为机器人基坐标的位姿,建立机器人运动学模型完成机器人基坐标到机器人末端坐标的转换,通过ROS实现上位机与机器人通讯,并将定位结果发送给ROS;经过多次实验,表明方法的目标检测误差在3.5 mm以内,深度误差在1.2 mm之内,具有很好的实用推广价值。     

基于十字型阵列的多频发射波束形成算法

针对平面接收阵阵元数量庞大导致的水下三维声学成像系统硬件开销和计算量过大的问题,提出了一种基于十字型阵列的三维声学成像的多频发射波束形成算法.该算法将发射波束方向划分为多个扇面,在每个扇面内依次向各波束方向发射不同频率的扇形波束信号,将发射次数从波束数减少到扇面数,从而缩短了扫描时间.仿真实验和计算量分析表明,文中算法能够获得与平面接收阵直接波束形成算法相同的波束性能,并且大幅降低了阵元数量和计算量.实际水下试验证明了该算法能够满足水下三维声学成像的实时性需求.     

海底作业机器人

开发海洋是人类在２１世纪面临的重大课题。中国六千米无缆自治水下机器人应用技术经过几年实践证明，在这一尖端科技领域中已达国际先进水平，引起世界科技界的瞩目。６０００米海底对人类来说是一个神秘的空间。比航天更为困难的是，６０００ｍ海底的压力高达６００个大气压，水中电磁波很难传播，母船与水下机器人之间的通讯联系难度大；海底情况十分复杂，因而要求水中机器人必须能高度＂智能＂和＂自主＂处理各种问题。中国６０００ｍ水下机器人工程项目是国家大型科研规划项目中的重中之重，１９９５年８月完成深海功能试验，并历经一…     

基于ARM的水下目标定位系统的通信模拟系统设计

水下目标定位系统被广泛应用于水下目标的定位和跟踪、水声对抗等水声领域,其系统主要由水声浮标阵、中继站和基站等构成,浮标与基站的通信通过无线网桥进行传输。为了提高该系统的通信可靠性和智能性,采用ARM板作为中继站和通信服务器,以一台电脑作为基站的显控机,一台电脑模拟浮标,设计了一种水下目标定位系统通信模拟系统,其中ARM板搭载LINUX嵌入式系统。该模拟系统可以实现基站和浮标之间的中继通信,完成从基站显控端发送各种命令和参数到ARM板,ARM板进行中继转发给浮标,浮标收到命令后进行响应,并回传相关数据至基站显控端的功能。     

浮筒式水下目标轨迹测量标校系统精度研究

为了对水声定位测量系统进行海上校准,设计了以浮筒作为平台的水下目标轨迹测量标校系统,利用高精度DGPS和方位姿态仪解算出水下基准坐标并给出运动轨迹.具体研究了影响标校系统定位精度的相关因素,并给出系统的组合定位精度.对标校系统进行了陆上验证性试验,试验结果表明,标校系统的定位误差不超过50 cm,可对水声定位测量系统进行高精度的海上标校.     

基于矢量水听器的水下战武器二维弹道测量研究

 水下弹道测量是水下战武器试验的重要内容。本文基于矢量水听器测量水中目标航行噪声,利用矢量水听器测向原理,经过数字信号处理器对矢量信号进行分析处理,得出武器水下航行的二维弹道轨迹。介绍矢量水听器测量原理和矢量浮标阵纯方位定位原理。通过实验室消声水池测试对矢量水听器声压与振速相位差进行修正,利用湖上试验对矢量水听器的测向误差进行修正。采用DGPS水面定位与水下水声定位相结合的方法,研制了水下战武器二维弹道测量系统,介绍测量系统的3个主要组成部分及其主要功能,并在海上实际试验中验证了基于矢量水听器的水下武器弹道测量方法先进可行、实时性强、测量精度高、使用方便,可以满足实际使用要求。     

深水半潜平台动力定位时域模拟研究

以低频时域水平运动方程为基础,考虑各种低频载荷作用以及动力定位模型,建立起一种半潜平台功率消耗的时域模拟系统,研究了一艘半潜平台动力定位系统功率消耗变化的规律,在满足定位精度要求的前提下计算得到了平台动力定位系统能够承受的极限水深,并对平台动力系统的定位精度随功率消耗的变化进行了探讨,以期为工程实际提供指导.     

小型4轴矢量推进式水下机器人定深控制技术

针对传统水下航行器低速航行时姿态控制效率低、机动性差的缺点,设计并构建了一款4轴矢量推进式水下机器人,使其在低速航行时仍然具有高可控性与高机动性. 依据该机器人的结构特点和运动特性,提出了一种基于自适应滑模控制的适合矢量推进式水下机器人纵向深度控制的高可靠性方法,并构建了鲁棒控制器,且配以平滑饱和函数,有效改善机器人控制的暂态品质和震颤现象,解决了该机器人建模时因动态系统高维、多输入、高度耦合、强非线性而产生的较大建模误差问题. 仿真结果表明,机器人的深度、俯仰角能迅速稳定在期望值附近.      

引入载体潜深信息的水下磁场定位方法

分析了混合于地磁场的偶极子目标磁场难以分离,致使水下磁场定位方法存在目标磁场模值不易获得的难题,提出了基于2次测量载体潜深实现定位的方法,利用潜深直接获取载体相对于目标的垂向距离,理论推导和数值仿真结果表明该方法原则上具有较高的定位精度.分析了潜深及磁场梯度误差对定位精度的影响及定位误差同2次潜深差的关系;讨论了单次测...     

水中弹药变结构垂直导引律及其仿真

以水中弹药对水面目标进行高效攻击为背景,提出了一种水中弹药垂直攻击目标的变结构导引方法,通过假设忽略目标的横滚与纵向的机动,假设目标在水平面内作匀速直线运动,同时假设弹体无横滚,建立了水中弹药运动学模型方程、动力学模型方程及变结构垂直导引与控制. 应用Matlab/Simulink软件搭建了数学仿真系统并对水中灵巧弹药变结构垂直导引进行了闭环系统仿真研究,结果表明,所提出的水中弹药变结构垂直导引攻击目标的设计方法能够适应垂直攻击目标的设计要求,与预期的指标要求吻合良好.     

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.     

一种基于GPS实现水下定位的有效方法

针对水下目标的定位需求,在探讨GPS定位原理和水下超声定位原理基础上,提出了一种基于GPS实现水下定位的实现方法。给出了该方法的工作原理和具体工作过程。通过分析和计算GPS定位误差、水下定位误差,得到了这种定位方法的总体误差。分析和计算结果表明基于GPS实现水下定位的设想可能具有一定的实用价值。     

基于参数自整定PID的水下滑翔机航向控制方法

水下滑翔机航向控制的精度对海洋目标观探测具有重要意义。现有的水下滑翔机航向控制技术以比例积分微分（proportional-integral-derivative,PID）为主。为保证水下滑翔机按照预期轨迹运动,PID控制器参数需要反复设定和调整,很难达到快速准确的控制效果。针对该问题,提出了一种基于径向基函数（radial basis function,RBF）神经网络的参数自整定PID航向控制方法。首先建立水下滑翔机水平面内运动模型,然后构建了RBF神经网络结构,并通过梯度下降法给出了神经网络参数以及PID参数的迭代公式。仿真结果表明,该方法相较于常规PID控制方法能在较短的时间内收敛,控制系统精度较高,同时控制器参数能够快速自整定。为今后的水下滑翔机航向控制器提供了设计参考。