基于谐波集检测的飞行目标水下声探测算法研究

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一种基于MFCC特征的水下目标分类网络

一种基于MFCC特征的水下目标分类网络作者：徐晓刚罗昕炜来源：《声学与电子工程》2022年第01期摘要水声目标辐射噪声特征提取和识别技术是水声目标识别的重要任务，也是水声信号处理领域的难题。

鉴于梅尔滤波器中提取的听觉特征在语音识别中的广泛应用，文章基于梅尔倒谱系数（Mel Frequency Cepstrum Coefficient ，MFCC）和卷积神经网络（Convolutional Neural Network ，CNN）构建了一个水声信号深度分类网络。

该分类网络通过MFCC特征提取方法逐帧提取舰船辐射噪声信号的梅尔倒谱系数，将其构建特征矩阵输入CNN中进行分类，构建了一个4类舰船辐射噪声样本集，并利用所提出的网络考察了不同维度下MFCC和I LOFAR 特征的分类性能，分析了不同类型特征和不同特征维度输入对网络分类性能的影响，可为水声分类研究相关人员提供参考。

关键词水声信号：梅尔系数；目标分类；CNN；时频分析水下目标的分类识别是水声领域研究的热点问题，对于现代海洋装备目标探测尤为关键，特征向量提取的方法是水声目标分类识别的研究重点。

文献[1]提出了一种基于小波包变换的水下目标辐射噪声特征提取算法，文献[2]提出了一种基于双谱估计的水下目标辐射噪声特征提取算法，文献[3]提出了一种基于波数谱模态能量差特征的目标分类方法。

由于声呐识别不同水下辐射噪声源的原理与人耳语音识别的机理类似，因此，基于听觉特征的水下声目标特征提取方法是研究热点之一，其中提取梅尔倒谱系数进行水下声目标识别是常用的方法之一。

文献[4]介绍了差分梅尔频率倒谱系数的概念和相应的特征提取方法，对水下目标进行了基于MFCC特征提取方法仿真研究和实验分析；文献[5]将MFCC特征应用于船舶和鲸类水下声信号的特征提取中，提取了船舶和鯨类声信号的MFCC特征，通过高斯混合模型对提取的MFCC特征进行训练和识别分类，讨论MFCC维数变化和不同MFCC特征组合对识别分类性能的影响：文献[6-8]也进行了MFCC特征提取相关方面的研究工作，并取得了一定的研究成果。

主动隔振与水下声辐射控制的实验研究

法获得。
对于流体域，设流体是无粘、旋的，假无而且质点
作微幅振动，其运动规律由波动方程描述：
干扰的非常有效的方法，信号处理和控制领域广泛在
应用。常用的自适应算法是ＦｌｒｄＸＬｉｅｅ．ＭＳ算ｔ
振
动
与
冲
击
第２第８期９卷
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＯＮＴＩＡＮＤＳＨＯＣＫ
主动隔振与水下声辐射控制的实验研究
张志谊，李增，黄修长，华宏星
２０４）０２０
（上海交通大学机械系统与振动围家重点实验室，海上
进展。。相比而言，。对结构在重质流体巾的声辐射
主动控制的研究还比较少，这部分归因于水下声辐射控制的特殊性和有限的应用。然而，着水下随
噪声对海洋环境影响的加剧，辐射控制就显得越来声越重要。船舶动力没备是导致船体结构振动及水下声辐射的重要冈素，中低频振动声辐射义较难控制。其动力设备主动隔振是减小低频振动及声辐射的有效途径，可改善船舶舒适性、制结构的低频水下声辐射，抑相关研究也较多 ” 。水下结构声辐射受流体影响较大，流体附加质量和阻尼效应显著地改变了结构的

水下目标偏振成像探测技术研究

水下目标偏振成像探测技术研究水下目标偏振成像探测技术研究目前，随着科学技术的快速发展，人们对于水下目标的探测与成像技术提出了更高的要求。

传统的成像技术在水下存在着许多限制与挑战，例如水质影响、光线衰减等，导致成像质量较低。

而近年来，水下目标偏振成像探测技术逐渐崭露头角，并在水下探测领域取得了显著的成果。

本文将重点研究水下目标偏振成像探测技术的原理、方法以及应用前景。

水下目标偏振成像探测技术是利用光的偏振特性进行目标探测和成像的一种新兴技术。

光波传播时会受到水介质的吸收、散射以及反射等因素的影响，而波长较长的红外光波在水中的传输损失相对较小，因此我们可以选择合适波长的红外光进行水下目标的探测与成像。

偏振成像探测技术的基本原理是通过采集目标表面反射光的偏振信息，借此获取目标特征并进行成像。

在水下环境中，利用偏振成像技术可以有效地抑制散射光与背景噪声，提高成像质量和目标的对比度。

因此，水下目标偏振成像技术在海洋勘探、水下生态环境监测以及水下遗址考古等领域具有广阔的应用前景。

水下目标偏振成像探测技术的方法主要有两种，分别是直接法和间接法。

直接法是通过直接测量目标表面反射光的偏振状态，然后根据偏振光的传输特性进行成像。

这种方法可以获得较高的成像分辨率和目标对比度，但在实际应用中存在困难，由于水下环境中的大气湍流、光散射等因素，导致目标偏振信息容易受到干扰。

间接法是通过分析目标散射光与背景光的偏振差异来确定目标位置与形态，然后进行成像。

这种方法相对直接法更为稳定可靠，但成像分辨率相对较低。

未来的研究方向主要集中在两个方面：一是完善水下目标偏振成像探测技术的理论基础，探究光波在水中的传播规律和散射特性，以提高成像质量和目标对比度；二是开发更高效、更精确的探测设备与算法，以提升水下目标偏振成像的实际应用能力。

这些研究对于加深我们对水下世界的了解，保护海洋环境，促进水下资源开发与利用等方面具有重要的意义。

综上所述，水下目标偏振成像探测技术是一项具有广阔应用前景的水下探测技术。

基于FFT的水下动目标回波仿真

在水声探测中，由于发射平台和目标的相对运动，于声纳对
接收机来说，目标回波相对于发射波就产生时间尺度伸缩现象。
因此，对于运动目标的回波仿真，关键在于对发射波的时间尺度伸缩进行仿真。当前，对运动目标回波的速度仿真主要有以下几种方法：１）利用多普勒频移＝ｖｃ・ｏ２ｌｆ对发射波进行多普勒频移处理：（）＝（）ｇｔ，ｔ，中：其为目标的径向速度；（），ｔ为发射
摘要：水声探测中，在由于声纳平台和目标的运动，回波信号将会产生时间尺度伸缩。针对该问题提出了一种基于Ｆｒｆｒ的动目标回波仿真算法。该方法不需要知道发射信号的具体形式和参数，只利用了目标径向速度，并且具有计算速度快、度精
令ｒ）＝，（００得
ｒ＝，（）ｒ。＋（— ）ｆ。（）３
代入式ｇ￡，ｔ（），（）＝（ — ｔ）得
ｇｔ（）＝￣＜ｔ］ｓ —ｒ）－ｆ
（）为时间尺度因子；ｃ一信号的能量保持一致。
（）４
式（）匀速运动点目标的回波模型，中：４为其ｓ＝（ｃ＋ｖ／）归一化因子，使得接收信号和发射
２基于Ｆｒ回波速度模型Ｆｒ的
这里只考虑目标速度的影响，忽略时延ｒ和归一化因子，则
）然后产生回波信号ｇｔ．ｓ），（）＝（ｔ。这种方法需要明确知道发厂
射波的信号形式和参数。 ‘

水下声呐信号处理及目标识别研究

水下声呐信号处理及目标识别研究水下声呐技术的应用范围十分广泛，包括：水下探测、矿产开采、海底地形勘测、海洋生物探测、海军军事应用等等。

其中，水下目标探测和识别是水下声呐技术的重要应用之一。

本文将着重探讨水下声呐信号处理及目标识别的相关研究。

一、水下声呐信号处理水下声呐信号处理是指对声波信号进行分析、降噪、滤波等处理，以提高信号的可识别性和探测性，为水下目标识别提供基础数据。

水下声呐信号处理主要包括：信号采集、信号预处理、信号分析和信号降噪等方面。

1. 信号采集声呐信号采集是声呐系统中的第一步，其目的是获取目标传回的声波信号。

通常情况下，声呐系统由发射器和接收器两部分构成。

发射器会向周围环境发出声波信号，信号被周围环境反射后，就会被接收器捕捉。

是对声波信号进行采集的过程。

2. 信号预处理信号预处理是为了去除杂音和干扰信号，从而提高信号的质量和清晰度。

该过程中常用的技术包括滤波、去噪、增益等方法。

其中，滤波常用于去除信号中的高频噪声，去噪就是降低信号中的低频噪声的过程，而增益用于增强信号的可读性和能量。

3. 信号分析信号分析是指对信号进行参数提取以及信号的频谱、时域等特征分析。

通过对信号的分析，可以更好地了解声波传播的特性、声源和水下目标的特征等。

4. 信号降噪信号降噪是针对信号中噪声的处理，目的是去除干扰信号，提高信号的准确性和可读性。

降噪处理一般包括自适应滤波、小波去噪、频域滤波等方法。

其中，小波去噪的效果较好，可以较好地去除信号中的噪音。

二、水下目标识别水下目标识别是指通过声呐信号处理技术，将确定的信号特征与目标数据库中的特征进行匹配，对水下目标进行分类和识别。

下面将着重介绍基于声波信号的水下目标识别方法。

1. 基于模式识别的目标识别方法该方法基于目标的特征，通过比较目标的特征与数据库中已有的目标特征，最终实现目标的分类和识别。

目标的特征常包括目标的形态、声回波、饰品等因素。

常用的模式识别算法包括KNN算法、SVM算法、神经网络算法等。

声纳信号处理技术在水下目标探测中的应用研究

声纳信号处理技术在水下目标探测中的应用研究随着技术的不断进步，声纳信号处理技术在水下目标探测中发挥了重要作用。

声纳信号处理技术是利用声波在水中的传播特性，通过接收和分析反射回来的声波信号来探测水下目标。

本文将对声纳信号处理技术在水下目标探测中的应用进行探讨。

首先，声纳信号处理技术在水下目标探测中的应用主要体现在目标识别和目标定位两个方面。

通过对接收到的声波信号进行处理和分析，可以提取目标的特征信息，从而进行目标识别。

同时，结合声纳阵列的布置和声波信号的传播时间差等特性，可以实现对目标的定位。

这使得声纳信号处理技术在水下目标探测中具有良好的应用前景。

其次，声纳信号处理技术在水下目标探测中所面临的挑战主要有两个方面。

首先是水下环境的复杂性。

水下环境中存在着多种声源，如海洋生物声、水声干扰、底床反射等，这些声源可能会干扰到目标信号的接收。

同时，水下目标的种类众多，大小、形状以及材质也各不相同，这就给目标的识别和定位带来了一定的困难。

其次是声纳信号的处理和分析算法的复杂性。

声纳信号处理需要对接收到的声波信号进行滤波、增益、时差测量等一系列处理步骤，这就需要设计和实现复杂的算法。

针对上述挑战，研究人员提出了一系列的解决方案。

一方面，可以通过优化声纳阵列的布置和参数设置，以减小水声干扰并增强目标信号的接收。

另一方面，可以采用多传感器融合的方法，将其他传感器（如光学传感器、磁力传感器等）的数据与声纳信号进行融合，从而提高目标探测和识别的准确性。

此外，还可以利用深度学习等人工智能技术，对大量的声纳信号进行分析和处理，从而提取更加丰富和准确的目标特征信息。

除此之外，声纳信号处理技术在水下目标探测中还有一些潜在的应用。

首先是潜艇探测与追踪。

潜艇作为一种隐秘而又危险的水下目标，对其进行探测和追踪一直是海军的重要任务。

声纳信号处理技术可以有效地对潜艇进行探测和定位，为海军提供准确的情报和作战支持。

其次是海底资源勘探。

利用声纳信号处理技术可以对海底地形和地质进行探测，从而帮助人们了解海底的环境和资源分布情况，为海底资源的勘探和开发提供科学依据。

工程勘察船的水下目标探测与跟踪技术

工程勘察船的水下目标探测与跟踪技术工程勘察船在海洋工程、海洋科学研究和海底资源勘察等领域起着重要的作用。

在海洋勘察任务中，对水下目标的探测与跟踪是保障勘察工作顺利进行的关键环节。

随着科学技术的不断发展，工程勘察船的水下目标探测与跟踪技术也得到了巨大的进步。

本文将介绍几种常见的工程勘察船的水下目标探测与跟踪技术，包括声学探测、电磁探测和光学探测。

声学探测是工程勘察船常用的水下目标探测技术之一。

声学探测利用水中的声波传播特性实现对水下目标的探测与跟踪。

工程勘察船通过在船体底部或船舶周围部署声呐阵列来发射聚焦的声波信号，然后根据返回的回波信号来获取目标的位置和特征。

声学探测技术具有探测范围广、探测精度高、实时性强等优点，广泛应用于海洋工程中的水下目标定位、水下建筑物勘察等任务。

电磁探测是另一种常见的工程勘察船的水下目标探测技术。

电磁探测利用电磁波在水中传播的特性，通过接收水下目标散射的电磁波信号来实现目标探测与跟踪。

电磁探测技术适用于较大范围的探测任务，对于水下目标的材料特性、形状等都有较好的识别能力。

此外，电磁探测还可以用于水下通信，实现与水下设备的远程控制与数据传输等。

光学探测是近年来发展迅速的工程勘察船的水下目标探测技术。

光学探测利用光的传播特性，通过水下光学设备记录目标的光学特征，并利用图像处理技术对目标进行识别和跟踪。

光学探测技术具有分辨率高、探测范围广、成本相对低廉等优点。

光学探测在海洋科学研究和水下文物勘察中有着广泛的应用。

尽管以上介绍了声学探测、电磁探测和光学探测等常见的工程勘察船的水下目标探测技术，但这些技术在实际应用中仍然面临一些挑战。

首先，海洋环境的复杂性会对探测和跟踪的精度和稳定性造成一定的影响。

其次，水下目标的种类与形状多样，对探测设备的性能和参数提出了更高的要求。

此外，海洋资源的开发与利用对探测技术提出了新的需求，如对水下油气管道、海底矿产等的探测与监测。

为了提升工程勘察船的水下目标探测与跟踪技术，还需进一步开展研究与创新。

空中声源水下声场的简正波建模方法

ｃ，．
－嘶一４
性，可以通过修改一般的计算水下声场的简正波计
算程序来计算空气中点源在水下产生的声场。 ”
两边进行Ｆｕｉ．ｅｓｌｏｒｒｓｅ变换消去，ｅＢ．变量，到：得
罢＋）＝２ｚ） ≤ ＜（ｄ（一Ｐ一（，ｚ。２ — 七６一０）
作者简介：张丹（９４，女，硕士生。杨日杰（９３，男，教授，博导，博士。１８一）１６一）
６６８
海军航空工程学院学报
第２卷４
度，Ｈｌｈｌｅｍｏｚ等式为ｔ】
相比，并没有改变模式函数和特征波数，而仅Ｈ。１（仅是声源的激发系数发生了变化，式（）９具有一般
的角频率为，洋中波数为ｋｚ＝ｗ／（）深度ｚ海（）ｃｚ。处的声压Ｐ为（，ｚ）．，，，为距声源的距离，ｄ为深
收稿日期：２０．６３０９０．０
基金项目：泰山学者建设工程专项经费资助；国家自然科学基金资助（０７１１６５２６）
方法需要求解与深度有关的方程，无论声源在空中
下面用简正波方法解决空中声源在水下产生的
声场】。设随海洋深度变化的声速抛面为ｃｚ，谐波源（）
还是在水中，在浅海产生的声场由于海底和海表面多路反射变得非常复杂，离声源较远的范围内（在大
ｚ‘
２仿真分析

水下目标识别与跟踪技术研究

水下目标识别与跟踪技术研究随着水下技术的发展，越来越多的水下目标需要被识别和追踪。

水下目标的种类多样，包括船只、鱼类、海洋生物以及海底地形等，这些目标对水下资源的勘测、海洋生态系统研究以及海洋军事等方面具有重要意义。

因此，水下目标识别与跟踪技术的研究和应用也越来越受到关注。

一、水下目标识别技术水下目标识别技术是指利用声、电、光等信号对水下目标进行识别的技术。

其中，声信号是目前最常用的信号。

声信号可以穿透水深，传播距离远，并且对于不同种类的水下目标具有较好的识别能力。

声信号可以通过强制振动声源对水下目标进行探测，也可以通过声呐接收目标反射回来的声波信号进行识别。

在实际应用中，常采用多普勒声呐、侧扫声呐以及多波束声呐等技术实现水下目标识别。

除了声信号，电信号和光信号在水下目标识别中也有一定的应用。

电信号主要利用水下目标的产生的电磁信号进行识别，而光信号则是通过光学系统对目标进行探测，如水下机器人航拍、激光雷达等。

二、水下目标跟踪技术水下目标识别虽然可以对目标进行初步的探测和定位，但当目标在水下运动时，需要采用跟踪技术来对其进行追踪。

水下目标跟踪技术是指通过多传感器数据融合，对水下目标进行精确定位和轨迹跟踪的技术。

在实际应用中，水下目标跟踪采用的技术主要是声纳和磁力计等传感器。

声纳的工作原理是通过接收目标发出的声波反射信号，在计算机中进行数据分析处理，确定目标的位置和速度等信息。

而磁力计则是通过目标是否产生磁场来确定其位置信息。

这些传感器通常安装在水下机器人、无人潜航器和水下探测设备上，通过多传感器数据融合，对目标进行跟踪。

三、水下目标识别与跟踪应用水下目标识别与跟踪技术在海军军事、水下资源调查和海洋生态研究等方面具有重要应用。

在海军军事中，水下目标识别与跟踪技术可以帮助军队对水下舰艇、潜艇进行掌握和防范，提高作战效率和成功率。

在水下资源调查中，水下目标识别与跟踪技术可以帮助寻找和勘察水下石油、天然气和珍稀金属等资源。

水下声信号处理中的目标识别算法研究

水下声信号处理中的目标识别算法研究随着科技的不断发展，水下声信号处理技术已经逐渐成为了海洋探测、海底勘察、水下通信等方面中的重要组成部分。

而水下目标识别则是其基础和核心之一。

针对海洋领域的研究工作，科学家们一直致力于研究更加高效、精确的目标识别算法。

一、水下声信号与目标识别的难点水下声信号具有复杂的信道和背景噪声，这增加了目标信号的识别难度。

海洋中的噪声来源包括风浪、海流、生物声、机器声等等。

另外，受限于水下传输的特殊环境，信号衰减、多径效应等问题也需要处理。

另外，水下目标的种类繁多，形态各异，且数量大大超过陆地。

其中，一些目标类型具有极强的隐蔽性，如鱼雷、声呐设备等。

这使得目标判别样本的获取变得困难。

因此，良好的目标识别算法不仅对算法本身的复杂程度、精度要求高，还需要具有快速适应性、及时性和可扩展性。

二、传统水下目标识别算法传统水下目标识别算法主要包括能量检测法、相关法和线性预测法等。

能量检测法是对目标信号的信道损耗和背景噪声进行估计，进而对信号的能量进行检测。

然而，它对于高斯噪声的适应性不够强，且检测结果对信噪比的依赖也较强。

相关法则是基于样板匹配的一种目标识别方法，能够与不同类型的目标信号匹配较好，但是需要预先知道目标的信息。

与能量检测法相比，相关法的性能更好，但是其对噪声较敏感。

线性预测法是一种基于自回归模型的目标识别方法。

在背景噪声存在的情况下，它能够很好地提取出目标信号，但是对于非线性信号的适应性较差。

传统的水下目标识别算法难以适应复杂环境下的实际应用需求，需要更加高效、精确的算法来提高识别性能。

三、深度学习在水下目标识别中的应用近年来，随着深度学习技术的不断发展，基于深度学习的目标识别算法逐渐成为了学术界和工业界研究的热点。

深度学习技术具有很强的模型表达能力，其对大量数据的学习和处理能力也极强。

深度学习模型在水下目标识别中可以通过图像识别、语音识别等技术来提高识别性能。

当然，深度学习中的各种神经网络算法也会面临参数数量大、训练时间长等问题。

利用激光技术探测水下目标的基本想法

利用激光技术探测水下目标的基本想法激光窃听技术在水声信号检测中的研究一．研究目的如何进行有效的水下声信号检测与处理一直以来都是各国研究的重点，当前使用的水下声信号检测与处理设备大多利用布放水中的水声换能器来进行检测，再利用后续信号处理电路进行处理，对于大范围的舰载/机载扫描检测多有不便。

迄今为止,已经投入使用或正在研制的很多水中目标探测设备的接收换能器往往都置于水中，换能器置于水中,就大大限制了水下目标探测设备的数据获取速率及探测的机动性。

我们都知道声波在水中的传播是最好的,而激光在空气中能很好地传播,如果我们在空中利用激光来检测水中声波,使两种物理场在水面处结合起来,就会形成较强的技术优势。

激光窃听器技术给了我们最初的启示，利用激光窃听技术实现对水中声源声信号探测使我们研究的方向。

激光水声探测技术可远距离、非接触地在空中平台上测量水表面的振动速度,进而获得水下声场振动频率,从而得到水下目标的声信号。

它在未来的海洋探测中具有巨大的应用前景。

二．研究内容现在国外已经成功研究出了激光窃听技术，其主要利用激光照射到目标玻璃、墙壁以及天花板等介质，所产生的反射及散射光经接收后进行相关处理，便可还原所窃听目标的声信息。

激光窃听，就是利用激光具有极好的相干性、方向性等特性，用一束极细的红外激光（红外激光不易被发现），射到被窃听房间的物体表面时，只要该物体自身具有极微弱的振动，它就会对被反射的激光产生出足以能进行探测的变化。

若用一束激光对准窗玻璃进行照射，其中的一部分将会穿过玻璃而另一部分则会被反射回来。

如果这时的玻璃因受到室内人讲话声波的作用而有微小的振动，那末被反射的激光也必定会受到这种振动的调制。

只要将其接收并进行解调，就可以得到与室内人说话声音相同的波形，从而窃听到室内的讲话内容。

这就是激光窃听器的工作原理。

将光学测量与水下声波探测技术结合起来，设计一个利用激光对声信号进行探测的系统，通过检测经水面位移幅度调制后的单模连续激光的反射光信号，检测引起水面振动的水下声信号。

科普全面解析光纤水下声音探测技术

科普全面解析光纤水下声音探测技术前言：光纤水听器是一种建立在光纤、光电子技术基础上的水下声信号传感器。

它通过高灵敏度的光学相干检测，将水声振动转换成光信号，通过光纤传至信号处理系统提取声信号信息。

它具有灵敏度高，频响特性好等特点。

由于采用光纤作信息载体，适宜远距离大范围监测。

光纤水听器主要用于海洋声学环境中的声传播、噪声、混响、海底声学特性、目标声学特性等的探测，是现代海军反潜作战、水下兵器试验、海洋石油勘探和海洋地质调查的先进探测手段。

2014 年12 月28 日，亚洲航空公司一架从印度尼西亚飞往新加坡的客机，航机编号为QZ8501 失联。

据悉，航机在失联前曾要求改变航道，但与地面失去联系。

对此，印尼交通部一名官员说，客机与地面失去联络前，飞行员曾请求一条“不寻常”的航线，以躲避云层，随后与地面失联。

亚航在一份声明中说，客机在飞行途中遭遇恶劣天气。

印尼交通部表示，飞机失联前没有发出求救信号。

探测水下世界与“声” 同行“亚航事件”中，搜索难度怎样、搜索力度如何？都倍牵人心。

航班失联涉及空中、海面和水下搜寻，搜寻区域往往延伸向更为广阔、也更深的印度洋。

而采用更多深海探测与搜寻装备，也是搜索常态。

记得前不久的“马航事件”到现在仍成为“疑案”。

其搜索区域北到中亚地区，南至南印度洋，东至南中国海，西及安达曼海，最多时有26 个国家参与搜寻，无论从搜索区域及规模，均创造国际救援的新纪录，但至今仍未有客机的任何消息。

鉴于今年多起飞机失联事件，飞机是否顺利抵达目的地越发牵动人心。

特此探讨“光纤水下声音探测技术”。

相关行业人士曾介绍：“进行水下搜寻与探测技术基本雷同，人类对于水下探测与搜寻基本靠‘声'”。

试着把耳朵放进水里，看看能听到什么声音？这些声音又源自何方？在与陆地环境完全不同的深海中，声音的传播也会出现让人意想不到的变化，据了解：海水若放“烟雾弹”，这正是在监听和定位失联航班的黑匣子信号时搜救队所面临的巨大难题。

水下声纳信号处理中的多普勒效应研究

水下声纳信号处理中的多普勒效应研究水下声纳技术是一种广泛应用于海洋探测和测量、海洋资源勘探和开发、以及海洋军事等方面的技术。

在进行水下声信号的探测、定位和追踪时，信号的频率和多普勒效应是重要的研究内容。

因此，多普勒效应在水下声纳信号处理中起着重要的作用，本文将针对多普勒效应在水下声纳信号处理中的研究进行探讨。

一、多普勒效应的基本概念多普勒效应是物体运动引起的频率变化现象，简单地说就是由于物体向接收者或发射者靠近或远离，导致接收或发射的频率发生改变。

在水下声纳技术中，水体运动、目标运动等因素都可能引起多普勒效应，从而影响声波传播和接收，因此对多普勒效应进行研究十分重要。

二、多普勒效应在水下声纳技术中的应用多普勒效应在水下声纳技术中有着广泛的应用，包括水下目标测速、自适应滤波和目标跟踪等。

水下目标测速是指通过测量多普勒效应，来获得目标的速度信息；自适应滤波是指根据多普勒效应进行滤波，以获得更准确和清晰的信号；目标跟踪是指利用多普勒效应来实现目标的实时跟踪，从而提高声纳探测的灵敏度和精度等。

三、多普勒效应的研究方法多普勒效应的研究方法主要包括理论计算和实验测量两种，其中理论计算主要是通过对声学模型的建立来进行预测和分析；而实验测量则是通过采集实际声学信号来进行分析和验证。

针对多普勒效应的理论计算方法可以分为频域方法和时域方法。

频域方法主要是通过对声波传播的频谱分析来计算多普勒效应，该方法适用于任意形状和大小的目标。

时域方法则是通过对声波传播的时间域分析来计算多普勒效应，该方法适用于线性或平面运动的目标。

实验测量则是对多普勒效应进行验证和分析的重要手段。

常用的实验测量方法包括模拟实验、水池实验和海试实验等。

其中模拟实验可以通过对水中浮体或管道等模拟目标进行测量来得到多普勒效应；水池实验则是通过在水池中设置实际目标，根据实际目标的速度和距离变化来测量多普勒效应；海试实验则是通过在海洋中设置实际目标，根据实际情况进行测量。

水下磁异常探测

基于水下磁异常的潜艇探测技术0引言目前以声响讯号探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。

但由于复杂的海洋环境，声纳探测的灵敏度受到一定的限制，同时，声纳探测还有自身的诸如“声影区”的局限，探测海洋中的运动物体（如潜艇）和海洋资源，非声探测技术将发挥重要的作用，其中水下磁场探测技术是一种基于磁异信号的目标探测技术，是近年来随着磁传感器的测量精度不断提高而新兴的一种目标磁探测技术。

虽然电磁波在水中衰减的速率非常的高，但随着减声降噪技术的发展，磁测量定位可以准确地推算出磁体与探头之间的相对位置，获得磁体在不同的位置下准确的磁场信息，磁探测技术被广泛地应用于军事设施上可以定位侵入防护区域的磁性目标（坦克，潜水艇，导弹等）的探测。

因此，开展水下目标磁探测研究，根据水下大型目标磁场的远场分布特征，建立目标磁场分布的探测模型，对水下大型目标进行远程探测，迅速准确地判断出目标物的类型，并进一步对其进行定向与定位，已成为在现代海战中取得决胜的关键性因素。

1水下目标磁异常探测原理磁探测技术是各种非声探测中发展较早、技术较成熟的一种探测方法，与声纳技术相比具有识别能力高、运行时间短、定位精度高及成本低等优点。

海洋磁探测是搜索水下磁性体最有效的手段之一，这些磁性体产生的感应磁场叠加在海洋磁背景场之上，会导致海洋磁背景场明显畸变，会改变所在位置周围空间的地磁场分布，从而产生磁场异常信号，通过测试和处理磁异信号，可以得到反映磁性目标的探测信息，其物理基础为：含有铁磁性物质的物体会改变所在位置周围空间的地磁场分布，从而产生磁场异常信号，其原理如图1所示。

图 1 磁异常现象示意图可见基于磁异信号的目标磁探测技术与磁异常场和地磁场有关。

对磁性目标的探测信息的提取都是通过对磁异信号的测量，从地磁场（近似均匀场）为背景中提取出来的。

2水下磁异常探测研究现状2.1潜艇磁场模型建立分析目标的磁特性可以使磁异常探测系统准确确定目标，根据磁场来源可将用于水下目标探测的电磁场主要有四种：第一种是水下潜艇一般都是由不同金属构成的，不同金属之间会产生电化学腐蚀电流从而产生的感应电磁场，还有就是为了防止海水腐蚀金属，外加电流阴极保护系统(ICCP)产生的电磁场(CRE和CRM)；第二种是螺旋桨扰动腐蚀相关产生的轴频电磁场；第三种是舰船各种机电设备泄漏到海水中的电流产生的工频电磁场；第四种是水下目标的铁磁性金属结构的剩磁场和感应磁场。

水下目标探测与识别技术

SAS发展过程
SAS技术发展过程中遇到的两个主要的技术瓶颈：第一个问题：系统平台的测绘速率问题。由于合成孔径技术的苛刻条件，方位向进行的充分采样与声速较低的传播速度，使得平台的行进速度受到严格约束，测绘速率低下。通过采用方位向的阵列技术，将多个接收器在方位向组成阵列，同时接收目标区域的回波信号，提高了数据采样率，使得测绘速率得到改善。第二个问题：平台的随机运动问题。在数据采集过程中，由于扰动造成的系统平台偏离直线路径，仅靠平台的导航装置只能得到数据的较低精度运动信息，无法成功的进行合成孔径处理。
SAS技术研究：
实际处理时,一般将运动补偿分为粗运动补偿（Coarse MOCOMP）和细运动补偿（Fine MOCOMP）（或称为微导航）两个部分。前者主要是利用导航工具获得的数据信息进行纠正,而后者则是在前者处理的基础上，利用数据自身的自聚焦方法进一步进行补偿纠正，从而最终获得清晰的SAS图像。
1965年，Wiley申请到了首个SAR的技术专利；1969年，Walsh申请了 “Acoustic Mapping Apparatus声学定位装置”专利，首次将合成孔径技术应用于水下侧扫声纳；70年代受阻，几乎处于停滞状态；1978年，Gilmour的专利使用了拖弋阵列平台，突破了单接收器声纳的速度约束；几乎在同时，Cutrona在理论上论证了 SAS的可行性，并强调了方位向接收器阵列的重要性，这些研究给SAS技术的发展带来了新的动力；1983年，Spiess和Anderson申请专利，利用两个独立接收。阵列的相位干涉测量水深度。
本章小结
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合成阵列
L为合成孔径。对于条带式系统，L的取值有一定的限制。其中，R为到目标点的距离。分辨率与距离和波长成正比，与孔径长度成反比。

一种基于工频电磁场的水下目标探测方法[发明专利]

专利名称：一种基于工频电磁场的水下目标探测方法
专利类型：发明专利
发明人：张天序,曹少平,杨柳,吴一凡,郑嫣然,余峰,陆檑,周灿新
申请号：CN201711444361.5
申请日：20171227
公开号：CN108415080A
公开日：
20180817
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种基于工频电磁场的水下目标探测方法，包括：电磁场探测仪沿着平行于x 轴方向的x航线移动，获得在x航线上的磁场强度；采样同样步骤获得所有y航线上的磁场强度，进而获得在分布式高压输电网络激励下探测平面上的磁场强度；从探测平面上的磁场强度中提取磁场强度波动最大处位置作为水下目标所在区域。

通过分析分布式高压输电网络工频电磁场与水下金属目标的相互作用规律，检测空间中的电磁场异常来探测水下目标的位置，解决了现有的水下目标探测手段无法远距离、大范围搜索定位的问题。

申请人：华中科技大学
地址：430074 湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号
国籍：CN
代理机构：华中科技大学专利中心
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基于多波束前视声呐的水下障碍物检测及避障算法

图2障碍物检测算法流程图∗国家科技重大专项(2016ZX05057005)自主式水下航行器(AUV )是在没有任何人为操作和指示的情况下在海洋中行动的,它们可以被应用于拍摄海底照片、海底设施检修等方面。

但是,海洋中经常会有诸如山脉、人造结构等障碍物,因此避障系统在使用AUV 进行海底勘察中起着非常重要的作用[1]。

目前,避障系统已存在很多的研究成果,它们采用各式各样的方法。

在声呐图像处理方面,文献[2]为了消除声呐图像中的噪声,采用了自适应滤波的方法;文献[3]根据声呐图像匹配处理的实时性需求,采用了正态分布算法;文献[4-5]通过特征测量信息区分探测区域以及改进鲁棒性;传统的Otsu [6]算法常用于声呐图像中的目标检测[7],但对于较为复杂的场景检测质量不佳。

K 均值聚类[8]在声呐图像处理中可用来分割出障碍物,但是在处理数据量很大的情况下,运算耗时很大。

在避障算法方面,文献[9]将Dijkstra 算法应用于水下环境中AUV 的全局路径搜索,从而可有效地避开障碍物到达指定位置;文献[10]基于人工势场法,实现了动态环境下的全局路径规划;文献[11]基于概率抽样的算法实现了AUV 路径搜索,但完成该算法的前提是具有操作区域的相应环境信息。

本文提出了一种基于类间方差及小区域抑制的障碍物检测算法和一种基于障碍物轮廓的避障算法。

1基于多波束前视声呐的AUV 水下避障系统简介基于多波束前视声呐的AUV 水下避障系统分为声呐图像中障碍物检测模块和面向自主导航的避障模块,本文分别提出并实现了两个模块的算法,并最终将两个模块结合,移植到一块PC104板上,使之成为AUV 的避障板卡。

整个避障流程如图1所示,AUV 搭载的前视声呐采集声呐数据,并将数据传送到装在AUV 上的一块避障板卡上,板卡对声呐采集到的数据进行实时处理与障碍物检测,然后基于障碍物检测的结果以及AUV 的避障指令系统[12-13],估算出一个合理的避障角度,并将避障航向角通过RS232协议的串口通信传送给主控,使得主控根据避障航向角控制AUV 转向来避开障碍物。

声波雷达在水下目标探测中的应用研究

声波雷达在水下目标探测中的应用研究摘要：本文主要研究了声波雷达在水下目标探测中的应用。

通过对声波雷达原理及其在水下应用方面的研究，设计了一种水下目标探测系统，并对该系统进行性能测试与评估。

实验结果表明该水下目标探测系统具有较高的探测精度和稳定性，可广泛应用于水下目标探测领域中。

未来的工作将进一步优化声波雷达技术和水下目标探测系统设计，以实现更高效、更精确的水下目标探测。

关键词：声波雷达；水下探测；测控；仪器；引言：声波雷达是一种利用声波在介质中传播的特性来实现信号探测和目标识别的技术。

与其他探测技术相比，声波雷达具有无需直接进行接触、可在较大范围内探测目标等优点，在水下目标探测领域中应用广泛。

随着海洋经济的快速发展和水下科学技术的不断创新，海洋资源勘探、海洋环境监测、水下工程建设等领域对高精度、高效率的水下目标探测需求越来越大，因此研究声波雷达在水下目标探测中的应用具有重要的意义。

一、简介1.1声波雷达概述声波雷达是利用声波在介质中传播的特性来实现目标探测与识别的探测技术。

它主要包括发射声波、接收反射信号和处理信号三个基本模块。

在声波雷达系统中，通常使用超声波或低频声波作为探测信号，将其发射到水下环境中，当声波遇到不同密度的物体或介质界面时，会产生反射、折射和散射等现象，接收器接收这些反射波并经过处理后得出目标物的位置、形状、大小等信息。

声波雷达在水下目标探测中具有以下优点：1. 支持远距离目标探测，可通过声波在水中的传播实现长距离信号传输。

2. 可在水下环境中实现非接触式探测，减少对目标的干扰。

3. 可以探测到在水中运动的物体，如鱼群、潜艇等。

4. 具有高精度、高分辨率的探测能力，在水下目标探测领域中应用广泛。

因此，声波雷达在水下目标探测中具有重要的应用价值。

1.2声波雷达在水下目标探测中的应用声波雷达在水下目标探测中具有广泛的应用，主要包括以下方面：1. 海洋资源勘探：声波雷达可用于探测海底地形、水下沉积物、地下岩层等，对海洋矿产资源的勘探具有重要意义。

基于遥感影像水下目标尾迹探测综述

基于遥感影像水下目标尾迹探测综述
师俞晨
【期刊名称】《现代防御技术》
【年(卷),期】2024(52)1
【摘要】水下目标识别技术在现代战争中发挥着重要的作用。

随着遥感技术的发展,通过遥感手段检测尾迹识别水下目标是重点研究方向之一。

简要介绍了水动力学尾迹和热尾迹,并且根据遥感影像分类讨论,分析了光学影像、合成孔径雷达(SAR)影像、热红外影像尾迹识别技术的特点和算法,提出未来发展初步构想,梳理总结了应关注的重点技术方向,为水下目标探测发展提供参考。

【总页数】9页(P83-91)
【作者】师俞晨
【作者单位】核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TJ76
【相关文献】
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3.SAR探测水下运动物体波浪尾迹的模拟研究
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