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《哈尔滨工程大学》 2009年
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多子阵波束域高分辨水声成像技术研究

么彬  
【摘要】:有效地开展海洋资源开发、海洋工程以及相关领域研究的前提是获取可靠的水下场景信息,而反应这些信息最直观的手段就是水声图像。因此,具有三维地形测量能力的多波束测深仪和二维地貌成像能力的侧扫声纳成为上述领域使用最为广泛的海洋勘查仪器,而国际上这两类仪器又都朝着相互融合能够同时提供地形和地貌信息的方向发展。本文以国家863计划海洋技术领域目标导引类课题“浅水宽覆盖多波束测深系统”和黑龙江省中小企业创新基金资助项目“高分辨浅水多波束测深系统”等科研项目为背景,在多波束测深仪的理论基础上研制具有水下场景二维/三维成像能力的高分辨海底地形地貌探测系统,并对其相关技术展开研究,因此论文的研究内容可以分为理论研究和工程实践两大部分。理论研究部分主要包括多子阵波束域海底探测算法实现对海底散射回波信号的方位-强度联合估计以及在海底地形地貌探测中的适用性研究和基于MRF模型的声纳图像分割方法的研究。工程实践部分主要包括:多子阵波束域海底探测算法实时实现以及高分辨海底地形地貌探测系统的设计、实现和试验验证。 首先,在对水下声学图像处理相关领域的研究进展分析的基础上,探讨了实现高分辨地形地貌探测所需解决的关键问题。随后针对海底散射回波信号的方位-强度联合估计问题,引入两种新的信号处理方法,多子阵波束域CAATI(Multiple Sub-array Beamspace-CAATI,简称MSB-CAATI)算法和多子阵波束域求根MUSIC (Multiple Sub-array Beamspace-Root-MUSIC,简称MSB-RMU)。通过计算机仿真研究了两种算法在低信噪比和小快拍数情况下的方位和强度估计性能,并利用根据IHO测量规范建立水下场景和实际海试数据验证算法的实用性。 在声纳图像分割方面,针对传统的基于Markov随机场模型的图像分割方法存在模型参数估计不准确、求解速度慢、且容易陷入局部最优解等缺陷,提出一种固定参数的简化模型,通过对合成的纹理图像和实际声纳图像分割对算法的可行性和分割效果进行了理论分析。 在工程实践方面,针对直接影响算法并行实现效率的两个因素,即并行处理平台的结构和算法的可并行性,展开研究。在并行处理平台结构方面,在对k元n立方网络研究的基础上提出了一种适用性更广的广义K元n立方网络,并对新网络的拓扑性质和路由算法进行研究。在算法可并行性方面,通过对MSB-RMU算法运算量的分析确定平均协方差矩阵的特征分解是运算量相对集中的部分,为此研究了基于并行Jacobi方法的特征值分解方法以及在FPGA上的实现方案,设计并实现了一套基于高速DSP和FPGA的并行信号处理系统。 最后完成了高分辨海底地形地貌探测系统的工程实现,并对系统性能和各项技术指标进行了全面验证试验和考核。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41

【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 苏皓;孙超;卓颉;;LCMV波束形成削弱多波束测深声呐的隧道效应[J];电声技术;2012年04期
2 姚永红;周天;李海森;徐剑;;基于新型阵列结构的多波束SAS逐点成像算法研究[J];电子与信息学报;2011年04期
3 李海森;李珊;周天;鲁东;;多波束回波信号可变带宽滤波算法及其FPGA实现[J];电子与信息学报;2011年10期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 魏玉阔;多波束测深假象消除与动态空间归位技术[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 陈宝伟;超宽覆盖多波束测深技术研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
3 刘晓;基于多波束测深声呐的成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 姚永红;多波束合成孔径声呐成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 杨程;海底高分辨方位估计算法仿真及其在FPGA平台上的实现[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 邓臻;基于DSP和FPGA的多波束相干成像算法实现[D];哈尔滨工程大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 刘晨晨;数学形态学图象处理算法应用研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
2 聂良春;多波束相位差法海底TOA估计理论分析及实用性研究[D];哈尔滨工程大学;2003年
3 陈友元;便携式多波束测深仪实时测控与数据可视技术研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
4 陈嵩锐;便携式多波束测深仪多通道数据采集与处理系统[D];哈尔滨工程大学;2005年
5 翟辉琴;基于数学形态学的遥感影像面状目标提取研究[D];中国人民解放军信息工程大学;2005年
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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9 生雪莉;罗方方;郭咏;刘磊;;垂直阵时反聚焦的目标被动定位方法研究[J];兵工学报;2011年03期
10 梁国龙;张锴;付进;张瑶;李利;;单矢量水听器的高分辨方位估计应用研究[J];兵工学报;2011年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李凡;郭圣明;郭新毅;陈耀明;;环境不确定条件下的声纳性能预报[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
2 朱琳;;声纳系统设计与调试中图论方法研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
3 徐景峰;韩树平;许兆鹏;;水下目标高频回波特性研究[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
4 韩梅;程艳合;宋汝刚;;声纳浮标区域阵型建模与研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
5 范培勤;笪良龙;晋朝勃;韩梅;;浅海中声纳系统最优工作深度选择研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
6 李海涛;王易川;李晖;;某圆柱阵声纳接收信号低频线谱实验分析[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
7 徐瑜;苑秉成;张韬;;潜艇目标回波声图像仿真与特征分析[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
8 张刚强;董阳泽;刘平香;;基于OPNET的水声网络协议攻击方法性能仿真研究[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
9 李铁术;黄永华;;一种水声对抗仿真预测时序控制方法[A];中国声学学会水声学分会2011年全国水声学学术会议论文集[C];2011年
10 林亭;曾新吾;孙海洋;;欠空间采样率下相位在DOA估计中的应用[A];中国声学学会第九届青年学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 宋洪涛;GPS接收机抗干扰技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
4 刘友永;水声差分跳频通信关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 李关防;模态域信号处理在水声中的应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
6 朱广平;混响干扰中的信号检测技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
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8 刘德铸;声学多普勒流速测量关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 代宏伟;布里渊散射水下探测目标的自动识别[D];南昌航空大学;2010年
2 张海社;智能天线算法的研究[D];山东科技大学;2010年
3 李婧琳;基于探地雷达的刚性路面板下脱空系统识别方法[D];郑州大学;2010年
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5 陈乃锋;MFSK水声通信信号处理子系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 范波;多途信道下的水下目标模拟器显控软件设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 赵永辉;多通道参量阵信号源及功放电路设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 王琪;基于PCI总线数据处理卡的驱动和应用程序设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
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【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘方兰,张志荣,余平;多波束系统横摇、纵倾参数的校正方法[J];吉林大学学报(地球科学版);2004年04期
2 张森;唐劲松;杨海亮;;方位向时变非均匀采样的合成孔径声纳成像[J];传感技术学报;2009年02期
3 王琪,刘雁春,肖付民;PS-600四波束测深仪在扫海探测中的应用[J];测绘工程;1996年02期
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6 金绍华;翟京生;刘雁春;周兴华;李明叁;唐秋华;;Simrad EM多波束反向散射强度数据精处理研究[J];测绘科学;2010年02期
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中国重要会议论文全文数据库 前4条
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中国重要报纸全文数据库 前1条
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中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 王晓峰;成像声纳波束形成新技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 魏玉阔;多波束测深假象消除与动态空间归位技术[D];哈尔滨工程大学;2011年
3 黄磊;快速子空间估计方法研究及其在阵列信号处理中的应用[D];西安电子科技大学;2005年
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6 刘晨晨;高分辨率成像声纳图像识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
7 刘兴华;干涉合成孔径声纳系统设计和成像算法研究[D];中国科学院研究生院(声学研究所);2008年
8 黄翔东;全相位数字信号处理[D];天津大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 高忠斌;模块化接收机与多通道数据采集电路设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 张毅乐;多波束相干测深技术研究及其算法DSP实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王立新;多波束测深系统地貌信息获取与显示[D];哈尔滨工程大学;2011年
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5 齐娜;多波束测深仪方案论证及测深侧扫成像研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
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10 丁迎迎;海底物体回波模拟与图像生成技术研究[D];西北工业大学;2006年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前2条
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
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中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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7 齐娜;多波束测深仪方案论证及测深侧扫成像研究[D];哈尔滨工程大学;2002年
8 宋晓东;数字图像处理中分割方法的研究与实现[D];武汉理工大学;2003年
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10 王耀革;基于数学形态学的遥感影像道路提取[D];中国人民解放军信息工程大学;2003年
【相似文献】
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9 刘卓夫,桑恩方;一种分级声纳图像识别系统的设计研究[J];计算机工程;2004年18期
10 朱三文;胡金华;唐劲松;张森;;SAS角运动补偿仿真研究[J];系统仿真学报;2009年20期
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7 林卫明;朱振波;汤子跃;;改进的多子阵双站合成孔径声纳成像算法[A];中国声学学会2007年青年学术会议论文集(上)[C];2007年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 么彬;多子阵波束域高分辨水声成像技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 石红;声纳图像处理关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
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8 姜莹;多波束测深系统高分辨力底检测:算法研究与系统实现[D];浙江大学;2012年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 卢惠泉;闽江口及附近海域海底地形地貌特征研究[D];国家海洋局第三海洋研究所;2010年
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4 洪一帆;三维成像声纳图像后处理技术研究[D];浙江大学;2011年
5 董佳佳;基于声纳图像水下运动目标识别与跟踪技术研究[D];中国海洋大学;2011年
6 张哲会;基于水平集的声纳图像分割方法的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 关健;声纳图像的显示与拼接技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
8 卫来;避碰声纳的数据采集与处理系统[D];大连海事大学;2010年
9 刘佳;声纳图像信息隐藏算法研究[D];哈尔滨工程大学;2012年
10 李誉斐;基于不变矩的高分辨成像声纳图像识别[D];哈尔滨工程大学;2008年
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