声纳模拟信号源

1概述

声纳模拟信号源主要是根据目标和声纳接收机的水声信号特性、相对运动特性和水下工作环境噪声特点，实时动态地生成回波模拟信号。声纳模拟信号源主要由实时操作系统、嵌入式计算机、多通道D/A输出模块、VPC海量连接接插件、ECS机箱以及声纳模拟信号源软件等组成。

声纳模拟信号源基于目前流行且稳定的总线和技术构件，软件采用成熟的虚拟仪器软件开发平台构建，保证系统具有的先进性、可靠性以及可扩充性。

2技术指标

2.1功能

2.1.1目标机动仿真

z目标运动方式：静止和运动目标；

z运动速度：目标运动轨迹和速度可动态设置；

2.1.2目标信号类型

z被动方式目标船辐射平稳连续谱噪声信号；

z主动方式目标船回波信号；

z环境背景噪声；

z在XX工作频段内频率连续可变的连续正弦波；

z各路同相正弦波、噪声；

2.1.3基阵信号模拟

z目标回波与背景噪声模拟：舰船辐射噪声（宽带噪声、线谱、包迹谱等）、XX主动工作方式接收的回波信号；

z阵元信号模拟：精确模拟给定基阵各独立阵元的多路时延；

2.2性能指标

z通道数：64-ch同步输出（可扩展）；

z多路输出时延精度：≤0.2μs（同步精度）；

z多路输出幅度不一致性：≤5%（RMS）

z输出电压分辨率：≤0.1mV；

z输出电压精度：≤1mV；

z输出信号幅度(单峰值)：1mV～5V；

z输出信号频率：10Hz～80kHz；

z信噪比动态范围：-35dB～20dB（连续可变）；

z通信接口：100M/1000M以太网接口；

z输出信号形式：单频、调频和噪声信号，可根据XX主动发射的信号形式，模拟目标回波；

2.3其它

z声纳模拟信号输出接口：VPC海量连接接插件；

z显示控制接口：预留RS-232、USB、键盘、鼠标、显示器接口；

z存储机箱：ECS机箱；

z重量：约20kg；

z外形尺寸：约6U高，19”宽，500mm深。

3系统方案

3.1系统原理

声纳模拟信号源主要用于舰船声纳设备的测试信号产生任务，与被试船载声纳接口示意图如图 1所示。

图 1 声纳模拟信号源外部接口关系图

声纳模拟信号源主要完成目标和背景信号生成、阵元时延叠加以及信号同步产生的任务。为了完成此任务，声纳模拟信号源一方面需要具有高速运算处理单元、高速通信接口以及多路目标模型数据生成功能；另一方面还需要配置多个高速D/A通道，进行数模转换；第三，系统还必须具有一定的实时数据处理的能力，满足系统实时处理需求。

根据声纳模拟信号源的功能和性能要求，系统组成原理如图2所示。

图 2 声纳模拟信号源组成原理

由测试管理系统输出的工作模式、目标参数、背景参数由以太网络送到实时处理器中，经目标信号生成、背景噪声生成、阵元时延生成以及数据组织后进行输出。D/A数据直接送到多通道DAC上产生模拟输出信号。

多通道DAC模块具有24-bit的精度，由于内部输出数据具有8倍内插，因此实际输入数据速率不需要大于f h/0.45，对于当前最高输出87kHz信号来说，输入数据率不需要大于192kHz。

由于D/A通道具有24-bit的精度，实际小信号情况下用11-bit产生信号也基

本够用了，此时D/A的另外13-bit可以用于进行信号幅度的控制，即

dB 78)2lg(2013≈

满足了系统1mV~5V 信号范围（74dB ）控制需要，达到了设计要求。

3.2 系统组成

声纳模拟信号源主要硬件由嵌入式控制器、高速通信接口模块、多通道D/A 输出模块以及声纳模拟信号源软件等组成。系统硬件组成框图如图 3所示。

64-ch 声纳模拟信号

图 3 系统硬件组成框图

如图所示，嵌入式控制器与测试管理计算机采用100M 或1000M 以太网络进行数据通信，嵌入式控制器与多通道DAC 采用高速通信接口进行通信，输出的声纳模拟信号通过VPC 海量连接器输出。

考虑到运输和使用方便性，系统配置方便搬运、存储的ECS 机箱，箱内可充入氮气，便于舰船、海边长期存储。

3.3 声纳信号数学模型

3.3.1 声纳系统参数

声纳系统模型建立主要依据以下两个基本声纳方程:

SL-2TL+TS+GS+GT-NL=DT (主动声纳方程)

SL-NL-TL+GS+GT=DT (被动声纳方程)

式中出现的参数可分为由声纳系统决定的参数、由目标决定的参数和由环境决定的参数三类：

a) 由声纳系统决定的参数

SL ：发射时的声压；

GS：声纳系统的空间增益；

GT：声纳系统的时间增益；

DT：检测阈。

b) 由目标决定的参数

SL：辐射噪声源的指标声压级(又称为声源强度)；

TS：目标强度，表示目标截获声能并将之重新辐射的能力。

c) 由环境决定的参数：

NL：背景噪声；

TL：传播损失，表示声能在水声信道中传播的能量损失。

声纳模拟系统的目的就是根据目标和声纳接收机的水声信号特性、相对运动特性和水下工作环境噪声特点，实时动态地生成回波模拟信号。因此分析声纳方程的各项参数对于研究声纳的信号回波模拟信号处理方法非常重要。

3.3.2声纳模拟系统建模

通过以上的分析，可以建立声纳模拟系统信号处理数学模型：

z具有单频、线性调频信号的模拟功能；

z信道是单途径、线性的信道；

z目标为点目标，目标辐射噪声为平稳高斯噪声；

z干扰背景场为均匀各向同性高斯噪声场；

z回波模型能够满足舰船和接收机相对运动所需的多普勒频移外信息。

接收阵元信号模拟主要根据接收阵元的空间布放位置，在环境参数确定的情况下，由信号处理计算机系统实现目标模拟信号的生成、空间噪声的生成以及上述信号的合成。

声纳模拟系统建模主要应根据系统需求进行，特别应强调模拟对象和使用目的。因此模型设计中应根据对信号特征的分析进行简化处理，否则很难满足系统地主要功能和性能指标要求，难以满足系统进行动态数据处理的实时性要求。4软件方案

4.1软件开发平台

软件开发平台的选择需要考虑到以下几个方面：首先，与大系统软件的兼容

性问题；其次，本系统在进行特定情况下的声信号模拟时，对系统软件的实时性有一定的要求。第三，为了便于系统升级和扩充，软件设计和编程难度也应同时作出考虑。

随着计算机技术、仿真技术的发展，各种新兴仿真技术也不断涌现，其中最受瞩目的就是基于图形化编程的LabVIEW Real Time开发平台。

LabVIEW Real Time图形编程工

具由两部分构成，亦即开发系统和

Real Time引擎。Real Time开发系统

的功能是编制和调试LabVIEW Real

Time代码，然后将程序下载到Real

Time系列硬件上的Real Time CPU，

以及提供用户界面。可见Real Time

实时系统是在主机PC下运行的应用软件，Real Time引擎是在Real Time CPU内运行和执行嵌入的LabVIEW Real Time程序。实时引擎实际上是一个32位内核的实时操作系统，具有与开发系统通信服务等功能。

Real Time引擎运行LabVIEW Real Time的代码，提供确定性的实时特性。由于Real Time引擎不在主机PC运行，而在Real Time系列硬件上运行，对实时特性调谐，减少瓶颈。Real Time引擎是在实时操作系统下运行，保证调度程序和其它操作系统服务粘附到实时操作上。Real Time引擎是多线程的，较高优先级的线程一定比低优先级的线程先执行。使用者无需了解内核的详细运行，实时操作系统管理全部实时细节。这种屏蔽作用保证在实时操作系统更新时，用户不必更改代码。

有了LabVIEW Real Time之后，构建实时测控应用变得很容易和方便。对熟悉LabVIEW的使用者来说，先在LabVIEW Real Time软件开发环境下编写应用程序，然后将代码下载到Real Time系列硬件上的Real Time处理器内。这样，使用者就备有可靠的独立运行的处理器全力以赴地执行硬实时控制的要求，而其它对时间没有严格要求的用户界面临视，数据收集和有其它功能留给主机PC去处理。因为LabVIEW Real Time代码在智能的Real Time系列数据采集卡运行，即使主机PC崩溃，控制回路应用程序仍然工作。对于熟悉LabVIEW编程和传

统数据采集插卡的使用者，由于LabVIEW Real Time和Real Time系列硬件采用同样的应用程序接口，使用者可利用从前的编程经验而不必深入了解实时技术来构建硬实时应用。

由LabVIEW Real Time开发实时应用程序可用于大型测控系统的分布式结构，在分布式结构中主机PC运用标准的LabVIEW主程序为用户提供界面，对时间要求不严格的控制硬件可接入分布网络中，对时间要求严格的Real Time系列硬件执行LabVIEW Real Time程序。标准的LabVIEW主程序软件与嵌入的LabVIEW Real Time程序相互通信和分享Real Time硬件的板上存储器，在网络上运行TCP/IP协调或调用虚拟仪器（VI）服务器，执行分布式硬实时测控作业。LabVIEW Real Time的主要特性包括：

z快速开发

LabVIEW Real Time模块扩展了LabVIEW图形化开发环境的应用范围，用户可以使用500多种分析和控制例程来创建高级的确定性应用程序。

z分布式部署

可以部署实时应用程序到联网目标硬件上，并通过上千个通道以及鲁棒性通信接口在各个目标对象和大型监控系统之间进行数据共享。

z I/O集成

使用现成可用、功能齐全的硬件驱动程序将各种I/O，如模拟I/O、数字I/O、运动控制I/O、视觉I/O与高精度仪器一起集成到实时应用程序中。

z其它特性

LabVIEW Real Time的其它特性包括：嵌入式和实时控制的的图形化开发环境，用于PID和模糊逻辑控制的内置式功能库，与RT系列硬件无缝集成，提供真正的实时性能，生成独立应用程序，并将程序应用在RT系列硬件上。

4.2应用软件

4.2.1系统主控软件模块

系统主控程序主要完成系统任务调度管理、时间分配、命令参数配置、初始化等功能。该部分程序要求具有较高的效率，可以将多个任务进行时间分配、并

行化任务（多核CPU分配），同时进行优先级设定。

4.2.2实时网通信管理软件模块

实时网通信管理软件模块主要完成实时网卡配置（中断、DMA设置）、数据接收和发送、接收数据组织、发送数据组织、网络命令参数的解析等功能。4.2.3信号生成软件模块

信号生成软件模块主要完成接收的声纳目标信号、背景信号的生成，信号的叠加、输出通道修正、数据组织和分配等功能。由于接收数据量较大，因此数据处理软件的效率要求较高。

信号生成软件主要需要考虑以下一些功能和算法：

z海洋传播信道仿真功能：由于海水介质的不均匀性，导致了声在海水中的传播一般不会按照直线进行传播，而会发生弯曲现象。根据介质影响、传播条件和边界影响等因素，仿真海洋传播信道，生成基阵输出信号。

z海洋环境噪声仿真功能：根据海况、风力等自然条件，可产生包含环境噪声的目标回波信号。

z水听器基阵仿真功能：模拟常用声纳水听器基阵，可根据基阵阵元布置模拟产生相应阵元的输出信号。

z声纳信号仿真功能：模拟常用声纳发射信号，可生成相应声纳目标回波。

z目标辐射噪声仿真功能：根据目标辐射噪声的连续谱加线谱模型，可产生携带具有一定目标辐射噪声特性的目标回波信号。

z目标及己舰运动仿真功能：根据己舰和目标的相对位置、速度以及相关运动参数，解算目标运动方程和生成目标回波信号。

4.2.4输出控制软件模块

输出控制软件模块主要完成DAC控制以及定时将D/A输出值输出的功能。

4.2.5系统校准软件模块

由于系统存在多个通道，D/A输出也有多个环节会对信号的幅度、相位造成

影响，为了提高系统输出信号精度，有必要对各个通道特性进行校准。为此需要开发系统校准软件模块，利用外部标准仪器对各个通道进行测试，计算得出各个通道的校准系数，以便于实时运行时数据处理软件模块的调用。由于该模块属于离线运行，因此没有实时性或效率要求。

模拟信号源实验报告

实验1 模拟信号源实验一、实验目的 1．了解本模块中函数信号产生芯片的技术参数； 2．了解本模块在后续实验系统中的作用； 3．熟悉本模块产生的几种模拟信号的波形和参数调节方法。二、实验仪器 1．时钟与基带数据发生模块，位号：G 2．频率计1 台 3．20M 双踪示波器1 台 4．小电话单机1 部三、实验原理本模块主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ 正弦波信号（同步正弦波信号）和模拟电话接口。在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM、PCM、ADPCM、CVSD（Δ M）等实验的音频信号源。本模块位于底板的左边。 1．非同步函数信号它由集成函数发生器XR2206 和一些外围电路组成，XR2206 芯片的技术资料可到网上搜索得到。函数信号类型由三档开关K01 选择，类型分别为三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范围0～10V，可由W03调节；频率范围约500HZ～5KHZ，可由W02 调节；直流电平可由W01 调节（一般左旋到底）。非同步函数信号源结构示意图，见图2-1。 2．同步正弦波信号它由2KHz 方波信号源、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。2KHz 方波信号由“时钟与基带数据发生模块”分频产生。U03 及周边的阻容网络组成一个截止频率为2KHZ 的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz 正弦波，在P04 可测试其波形。用其作为PAM、PCM、ADPCM、CVSD（Δ M）等模块的音频信号源，其编码数据可在普通模拟示波器上形成稳定的波形，便于实验者观测。W04 用来改变输出同步正弦波的幅度。同步信号源结构示意图，见图2-2。

无人水下航行器声呐装备现状与发展趋势

无人水下航行器声呐装备现状与发展趋势无人水下潜航器（UUV）最早出现于20世纪60年代。在发展初期，UUV主要用于深水勘探、沉船打捞、水下电缆铺设及维修等民用领域，后逐步扩展应用于水下声源探测、协助潜艇深水避雷、港口战术侦察等军事领域。近十几年来，随着平台、推进器、导航、控制系统以及传感器技术的发展，加上现代战争追求人员零伤亡的理念，UUV的军事应用得到高度重视，其在水下侦察、水下通信和反潜、反水雷作战、信息作战等领域的应用得到了空前发展。美国国防部于2007～2013年间前后发布了4版《无人系统（一体化）路线图》，其中针对UUV的4个级别将任务按优先级扩充为17项，如表1所示：

美海军于2000年和2004年分别发布两版《海军无人水下潜航器总体主规划》，将UUV（不分级别）的任务按优先顺序归纳为9类：①情报/监视/侦察（ISR）；②水雷对抗（MCM）；③反潜战（ASW）；④检查/识别；⑤海洋调查； ⑥通信/导航网络节点（CN3）；⑦载荷投送；⑧信息作战； ⑨时敏打击。不论是《海军无人水下潜航器总体主规划》，还是《无人系统（一体化）路线图》，这几版文件中对于所有级别的

UUV，情报/监视/侦察（ISR）、检查/识别和水雷对抗（MCM）这3项任务的排序都十分靠前，这也印证了在当今复杂国际环境下美国海军对于这3项UUV任务执行的迫切需求。 UUV执行各项任务无一不需要声呐的配合，尤其是对于ISR、检查/识别和MCM，声呐性能的优劣，往往是任务完成度的决定性因素。根据功能的不同，UUV声呐装备主要分为三大类：通信声呐、导航声呐和探测声呐，如图1所示。通信声呐主要用于UUV与协同行动的其他UUV、母船（艇）或通信浮标之间的信息链接；导航声呐为UUV的安全航行和执行作业任务提供其位置、航向、深度、速度和姿态等信息；探测声呐主要用于警戒、探测、识别水中或沉底目标信息，对水下地形、地貌、地质进行勘察和测绘。承担不

信号源实验

实验一信号源实验一、实验目的 1、掌握频率连续变化的各种波形的产生方法 2、掌握用FPGA 产生伪随机码的方法 3、掌握码型可变NTZ 码的产生方法 4、了解用FPGA 进行电路设计的基本方法 5、了解帧同步信号与同步信号在整个通信系统中的作用 6、熟练掌握信号源模块的使用方法二、实验内容 1、观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及7段数码管的显示 2、观察点频方波信号的输出 3、观察点频正弦波信号的输出 4、波动拨码开关，观察码型可变NRZ 码的输出 5、观察位同步信号和帧同步信号输出 6、改变FPGA 程序，扩展其他波形三、实验器材 1、信号源模块 2、 20M 双踪示波器 3、频率计 4、 PC 机 5、连接线四、实验原理信号源模块可以大致分成模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。 1、模拟信号源部分地址选择器数据存储器预置分频器单片机 D/A 滤波器波形选择显示驱动频率调节模拟信号输出 64KHz 方波带通滤波器64KHz 正弦波 32KHz 方波带通滤波器32KHz 正弦波 1MHz 方波带通滤波器1MHz 正弦波

模拟信号源部分可以输出频率和幅度可任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz~10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz~1KHz）、方波（频率变化范围100Hz~10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz~1KHz）以及32KHz、64KHz、1MHz、的点频正弦波（幅度可以调节）。我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U005(2864)并存放在固定的地址中。 2、数字信号源部分数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ码以及位同步信号和帧同步信号。 24MHz晶振3分频可预置分频器 BS FS 1M256K8K 64K Z8K NRZ码产生器码型调节分频比选择 NRZ码分频器分频器 2BS 2分频2分频晶振出来的方波信号经3分频后分别送入分频器和另外一个可预知分频器分频，前一频器分频后可得到1MHz、256KHz、64KHz、8KHz的方波以及8KHz 的窄脉冲信号。可预置分频的分频比可通过拨码开关SW101、SW102来改变，分频比范围是1~9999。分频后的新号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个NRZ码产生电路，通过该电路可产生24位为一帧的周期性NRZ码序列，该序列的码型可通过拨码开关SW103、SW104、SW105来改变。五、实验步骤 1、插上电源线，打开交流开关，再按下开关POWER1、POWER2,按一下复位键，信号源模块开始工作。 2、模拟信号源部分 a、观察“32K正弦波”、“64K正弦波”、“1M正弦波”可并分别改变各正弦波的幅度。 b、按下“复位”波形指示灯“三角波”亮，数码管M001~M004显示“2000”。 c、按一下“波形选择”，“三角波”亮，输出波形为是三角波。逐次按下“波形选择”轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。 d、波形选择为正弦波，改变输出信号的频率，观察“模拟输出”点的波形，计算其频率是否与数码管显示的一致。转动“幅度调节1”改变幅度 e、分别选择为三角波，锯齿波，方波重复上述实验

模拟与数字信号源

实验一模拟与数字信号源一、实验目的 1、熟悉各种时钟信号的特点及波形； 2、熟悉各种数字信号的特点及波形。 1、熟悉CPLD可编程信号发生器各测量点波形 2、测量并分析各测量点波形及数据 3、了解CPLD可编程器件的编程操作 4、熟练掌握模拟信号源的使用方法二、实验电路的工作原理 1、CPLD可编程模块电路的功能及电路组成 CPLD可编程模块用来产生实验系统所需要的各种时钟信号和数字信号。它由CPLD可编程器件ALTERA公司的EPM240(EPM7128或者是Xilinx公司的XC95108)、下载接口电路（J101）和一块晶振（JZ101）组成。晶振用来产生8.1920MHz系统内的主时钟。本实验要求参加实验者了解这些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，才可通过CPLD可编程器件的二次开发生成这些信号，理论联系实践，提高实际操作能力(如图1-1所示)。 2、数字信号源的使用方法数字信号源各个引脚表明产生的方波频率，数值即为频率值以KHZ为单位,如“1”即代表1KHz。所产生的波形幅度约5V。SYN_8:输出8KHz冲序列；PRC_32和PRC_2引脚均输出随机码455 ：输出455KHZ方波图1-1 CPLD可编程模块电路图 3、模拟信号的使用方法标有“正弦波”、“方波”的电位器用来调节各产生波形的幅度。“频率调节”电位器用来调节产生波形的频率。使用示波器测量观察相关波形。

三、实验内容 1、熟悉通信原理实验系统工作原理及电路组成； 2、熟悉信号发生器各测量点信号波形； 3、测量并分析各各测量点信号波形。四、实验步骤 1、打开电源开关，给系统上电。 2、用示波器测量数字信号以及模拟信号的相关波形，测量时注意示波器探头接地良好。注意事项：模拟信号源产生的方波和正弦波，幅度均可调。为防止在以后的实验中不致因为信号的加入而损坏电路板，请同学们在进行实验时先调好需要波形的幅度（切记）和频率。

信号源实验

实验一信号源实验一、实验目的 1、掌握频率连续变化的各种波形的产生方法 2、掌握用FPGA产生伪随机码的方法 3、掌握码型可变NTZ码的产生方法 4、了解用FPGA进行电路设计的基本方法 5、了解帧同步信号与同步信号在整个通信系统中的作用 6、熟练掌握信号源模块的使用方法二、实验内容 1、观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及7段数码管的显示 2、观察点频方波信号的输出 3、观察点频正弦波信号的输出 4、波动拨码开关，观察码型可变NRZ码的输出 5、观察位同步信号和帧同步信号输出 6、改变FPGA程序，扩展其他波形三、实验器材 1、信号源模块 2、20M双踪示波器 3、频率计 4、PC机 5、连接线四、实验原理信号源模块可以大致分成模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。 1、模拟信号源部分模拟信号源部分可以输出频率和幅度可任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz~10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz~1KHz）、方波（频率变化范围

100Hz~10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz~1KHz）以及32KHz、64KHz、1MHz、的点频正弦波（幅度可以调节）。我们已经将各种波形在不同频段的数据写入了数据存储器U005(2864)并存放在固定的地址中。 2、数字信号源部分数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ码以及位同步信号和帧同步信号。晶振出来的方波信号经3分频后分别送入分频器和另外一个可预知分频器分频，前一频器分频后可得到1MHz、256KHz、64KHz、8KHz的方波以及8KHz 的窄脉冲信号。可预置分频的分频比可通过拨码开关SW101、SW102来改变，分频比范围是1~9999。分频后的新号即为整个系统的位同步信号（从信号输出点“BS”输出）。数字信号源部分还包括一个NRZ码产生电路，通过该电路可产生24位为一帧的周期性NRZ码序列，该序列的码型可通过拨码开关SW103、SW104、SW105来改变。五、实验步骤 1、插上电源线，打开交流开关，再按下开关POWER1、POWER2,按一下复位键，信号源模块开始工作。 2、模拟信号源部分 a、观察“32K正弦波”、“64K正弦波”、“1M正弦波”可并分别改变各正弦波的幅度。 b、按下“复位”波形指示灯“三角波”亮，数码管M001~M004显示“2000”。 c、按一下“波形选择”，“三角波”亮，输出波形为是三角波。逐次按下“波形选择”轮流输出正弦波、三角波、锯齿波和方波。 d、波形选择为正弦波，改变输出信号的频率，观察“模拟输出”点的波形，计算其频率是否与数码管显示的一致。转动“幅度调节1”改变幅度 e、分别选择为三角波，锯齿波，方波重复上述实验 f、模拟信号放大通道：链接“模拟输出”点与“IN”点，观察“OUT”点波形，转动“幅度调节2”改变输出信号的幅度 3.数字信号源部分

无人水下航行器声呐装备现状与发展趋势

无人水下潜航器（UUV）最早出现于20世纪60年代。在发展初期，UUV主要用于深水勘探、沉船打捞、水下电缆铺设及维修等民用领域，后逐步扩展应用于水下声源探测、协助潜艇深水避雷、港口战术侦察等军事领域。近十几年来，随着平台、推进器、导航、控制系统以及传感器技术的发展，加上现代战争追求人员零伤亡的理念，UUV的军事应用得到高度重视，其在水下侦察、水下通信和反潜、反水雷作战、信息作战等领域的应用得到了空前发展。美国国防部于2007～2013年间前后发布了4版《无人系统（一体化）路线图》，其中针对UUV的4个级别将任务按优先级扩充为17项，如表1所示。表1 不同级别UUV任务需求优先级

美海军于2000年和2004年分别发布两版《海军无人水下潜航器总体主规划》，将UUV（不分级别）的任务按优先顺序归纳为9类：①情报/监视/侦察（ISR）；②水雷对抗（MCM）；③反潜战（ASW）；④检查/识别；⑤海洋调查；⑥通信/导航网络节点（CN3）；⑦载荷投送；⑧信息作战；⑨时敏打击。

不论是《海军无人水下潜航器总体主规划》，还是《无人系统（一体化）路线图》，这几版文件中对于所有级别的UUV，情报/监视/侦察（ISR）、检查/识别和水雷对抗（MCM）这3项任务的排序都十分靠前，这也印证了在当今复杂国际环境下美国海军对于这3项UUV任务执行的迫切需求。 UUV执行各项任务无一不需要声呐的配合，尤其是对于ISR、检查/识别和MCM，声呐性能的优劣，往往是任务完成度的决定性因素。根据功能的不同，UUV声呐装备主要分为三大类：通信声呐、导航声呐和探测声呐，如图1所示。图1 UUV主要声呐装备

信号源基础知识

信号源基础知识 1、认识函数信号发生器信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟，其锁相环（ PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase Jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。谈及模拟式函数信号源，结构图如下：这是通用模拟式函数信号发生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正

弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波。而三角波是如何产生的，公式如下：换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如下：当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 > >I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 < < I2即产生正斜率锯齿波。再如图二所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。同样的同步地改变I1及I2，也可以改变频率，这也就是

信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。而在占空比调整上的设计有下列两种思路： 1、频率（周期）不变，脉宽改变，其方法如下：改变电平的幅度，亦即改变方波产生电路比较器的参考幅度，即可达到改变脉宽而频率不变的特性，但其最主要的缺点是占空比一般无法调到20%以下，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出来的信号有所变动，如果要将此信号用来作模数（A/D)转换，那么得到的数字信号就发生变动而无所适从。但不容否认的在使用上比较好调。 2、占空比变，频率跟着改变，其方法如下：

实验一信号源实验共7页

通信原理实验报告（一）颜平 222011315220096 实验一信号源实验一．实验目的 1．了解频率连续变化的各种波形的产生方法。 2．理解帧同步信号与位同步信号在整个通信系统中的作用。 3．熟练掌握信号源模块的使用方法。二．实验内容 1．观察频率连续可变信号发生器输出的各种波形及7段数码管的显示。2．观察点频方波信号的输出。 3．观察点频正弦波信号的输出。 4．拨动拨码开关，观察码型可变NRZ码的输出 5．观察位同步信号和帧同步信号的输出三．实验器材 1．信号源模块 2．20M双踪示波器一台3．频率计（可选）一台 4．PC机（可选）一台

5．连接线若干四．实验原理信号源模块可以大致分为模拟部分和数字部分，分别产生模拟信号和数字信号。 1．模拟信号源部分图1-1 模拟信号源部分原理框图如上原理框图部分，模拟信号源部分可以输出频率和幅度可任意改变的正弦波（频率变化范围100Hz～10KHz）、三角波（频率变化范围100Hz～1KHz）、方波（频率变化范围100Hz～10KHz）、锯齿波（频率变化范围100Hz～1KHz）以及32KHz、64KHz、1MHz的点频正弦波（幅度可以调节） 2．数字信号源部分可以产生多种频率的点频方波、NRZ码（可通过拨码开关SW103、SW104、SW105改变码型）以及位同步信号和帧同步信号。绝大部分电路功能由U004（EPM7128）来完成，通过拨码开关SW101、SW102可改变整个数字信号源位同步信号和帧同步信号的速率，该部分电路原理框图如图1-2所示。图1-2 数字信号源部分原理框图

五、操作方法与实验步骤： 1、将信号源模块小心固定在主机箱中，确保电源接触良好。 2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER1、POWER2，发光二极管LED001、LED002发光，按一下复位键，信号源模块开始工作。 3、模拟信号源部分 ①观察“32K正弦波”、“64K正弦波”、“1M正弦波”各点输出的正弦波波形，对应的电位器“32K幅度调节”、“64K幅度调节”、“1M幅度调节”可分别改变各正弦波的幅度。 ②按下“复位”键使U006复位，波形指示灯“正弦波”亮，波形指示灯“三角波”、“锯齿波”、“方波”以及发光二极管LED007灭，数码管 M001~M004显示“2000”。 ③按一下“波形选择”按键，波形指示灯“三角波”亮（其他仍熄灭），此时信号输出点“模拟输出”的输出波形为三角波。逐次按下“波形选择”按键，四个波形报指示灯轮流发亮，此时“模拟输出”点轮流输出正弦波、三角波、锯齿波、和方波。 ④将波形选择为正弦波，转动旋转编码器K001，改变输出信号的频率，观察“模拟输出”点的波形，并注意计算其频率是否与数码管显示的一致。转动电位器“幅度调节1”可改变输出信号的幅度，幅度最大可达3V以上。 ⑤将波形分别选择为三角波、锯齿波、方波、重复上述实验。 4.数字信号源部分 ①拨码开关SW101、SW102的作用是改变分频器的分频比，得到不同频

模拟心电信号发生器SKX-2000应用

模拟心电信号发生器SKX-2000A/C/D/G

本系列模拟心电信号发生器性能特点: 1、模拟器内置大容量锂电池，可以长时间工作；充满后可以连续工作大于60个小时（出厂时）。因为是锂电池，请尽量不要过度放电。请注意正确使用充电器，充电器电压不能高于4.2V。 2、采用10个万能心电转接接头，可与各种心电图机和监护仪的导联线进行连接。 3、充电器绿灯亮表示充电完成，红色越亮表示电量低。 4、增加电池电量低自动关断功能，保护锂电池。 5、模拟器的LED显示管，为防止用户在使用过程中忘记关闭电源，系统设计为当4个小时内内没有操作按键时，CPU将进入待机状态，以便节电。按任意按键则计时归零。本系列机型功能特点区别与价格体系如下: SKX-2000A型信号发生器只有模拟的人体心电波形，不能更改波形内容，外壳上也无显示区;价格是380元包邮. SKX-2000C:480元包邮本模拟器可以产生如下波形，第一位代码代表如下波形 1、正常的心电波形 2、正负三角波形注意： 1、本模拟器上电后自动产生波形1的正常心电波形。 2、模拟器的LED显示管，当5秒内没有操作按键时，将自动关闭显示，以便节电。按任意按键则触发再次显示。按键说明一共有四个按键，依次为选择键、增加键、减小键、确认键，另外还有一组组合键选择键：此按键用来选择要改变的参数，共有4个LED管来显示4个代码，分别代表显示的内容， 1代表波形代码，2-4代表要更改的参数（2是数值的百位，3代表十位，4代表个位） LED管右下脚的亮点，表示现在选择的内容；可以进行更改。增加键：当使用选择键选择好更改内容后，使用此键进行参数更改。减小键：当使用选择键选择好更改内容后，使用此键进行参数更改。确认键：当参数更改完毕后，此键确认后将确认参数的更改，并产生相应的波形。

一种新型雷达信号模拟器设计

一种新型雷达信号模拟器设计刘亲社1，王国红2，王星1 （1 空军工程大学工程学院，陕西西安 710038；2 空军工程大学理学院，陕西西安 710038）摘要：设计了一种新型雷达信号模拟器，能够提供多种特殊雷达信号，并且设置灵活方便，当用户需要时，可进行软件升级。介绍了该雷达信号模拟器的功能、特点、性能指标和研制方案，提供一种雷达信号产生的解决方法。关键词：新体制雷达；信号模拟器；脉冲产生器；射频信号中图分类号：TN955文献标识码：A文章编号：1000-274X(2006)0189-07 随着新体制雷达相继问世，现代雷达大都采用了以捷变频和相干信号处理等为代表的新技术，反干扰措施越来越完善，对这些体制的雷达实施干扰越来越困难。信号环境日益复杂，电子对抗技术的发展和新电子对抗设备的研制迫切需要一种能提供多种特殊雷达信号的设备，以适应这种发展变化。我们设计研制的新体制雷达信号模拟器就是一种半实物物理仿真设备，一部分设备使用实际设备而其他部分采用计算机模拟和处理，例如雷达信号环境和信号处理等均可使用软件模拟。这种方法具有很强的通用性，不仅适用于现有的装备，也可以模拟采用某种新技术的装备，对于现有装备的改进和新装备的研制都具有实用价值，是一种相对经济、实用的方法[1,2]。 1 新型雷达信号模拟器的功能特点和性能指标新型雷达信号模拟器的主要功能是：提供各类信号的调制波形，控制射频频率，控制输出信号的功率。根据用户指定的信号类型、脉宽、重复周期、射频频率等参数，控制模拟器的各个相关部分，最后输出满足要求的信号。 1.1 主要特点 1.1.1多样性和灵活性多样性是指模拟器控制系统能够提供多种类型的雷达信号调制波形。为了产生多种特殊雷达信号，要求控制系统能灵活控制雷达信号的脉冲宽度、重复周期、射频频率。能够提供的信号类型主要有：连续波、常规脉冲信号、均匀脉组串信号、重频参差信号、线性调频信号、巴克码调相信号、捷变频信号等。灵活性主要表现在两个方面：①各种信号的参数可以灵活设置。例如：信号的脉冲宽度、重复周期、射频频率等都可以在其各自的范围内任意设置。②信号类型可以灵活选择。模拟器同时有几路的信号输出，各路之间是相互独立的，而且一个支路有多种信号类型供选择。由于信号个数、信号类型、信号参数均能灵活选择，给用户提供了极大方便。用户可以根据自己的需要，选择合适的信号个数和类型，来组合输出各种信号。 1.1.2 智能化控制系统具有智能化的特点，采用工控机作为控制中心，由计算机完成对模拟器的各项控制，设计了良好的人机界面，采用软面板输入参数具有自动检错功能，以避免用户误操作引起的错误。用

实验1 DDS信号源实验

班级通信1403学号201409732姓名裴振启指导教师邵军花日期实验1 DDS信号源实验一、实验目的 1．了解DDS信号源的组成及工作原理； 2．掌握DDS信号源使用方法； 3．掌握DDS信号源各种输出信号的测试。二、实验仪器 1．DDS信号源(位于大底板左侧，实物图片如下) 2．频率计1台 3. 20M双踪示波器1台 4．低频信号发生器 1台三、实验原理直接数字频率合成(DDS—Digital Direct Frequency Synthesis)，是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM 的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和D/A转换器位数。 DDS信号源模块硬件上由cortex-m3内核的ARM芯片(STM32)和外围电路构成。在该模块中，我们用到STM32芯片的一路AD采集（对应插孔调制输入）和两路DAC输出（分别对应插孔P03、P04）。PWM信号由STM32时钟配置PWM模式输出，调幅、调频信号通过向STM32 写入相应的采样点数组，由时钟触发两路DAC同步循环分别输出其已调信号与载波信号。对于外加信号的AM调制，由STM32的AD对外加音频信号进行采样，在时钟触发下当前采样值与载波信号数组的相应值进行相应算法处理，并将该值保存输出到DAC，然后循环进行这个过程，就实现了对外部音频信号的AM调制。 RZ8681 D实验箱的DDS信号源能够输出脉宽调制波(PWM)、正弦波、三角波、方波、扫频信号、调幅波（AM）、双边带（DSB）、调频波（FM）及对外部输入信号进行 AM调制输出。四、各测量点的作用调制输入：外部调制信号输入铆孔（注意铆孔下面标注的箭头方向。若箭头背离铆孔，说明此铆孔点为信号输出孔；若箭头指向铆孔，说明此铆孔点为信号输入孔）。 P03：DDS各种信号输出铆孔。 P04：20KHZ载波输出铆孔。 P09：抽样脉冲输出铆孔。 SS01：复合式按键旋纽，按键用来选择输出信号状态；旋纽用来改变信号频率。 LCD：显示输出信号的频率。

声纳图像水下管线检测与跟踪技术研究

声纳图像水下管线检测与跟踪技术研究几十年以来,为更充分的利用海洋资源,人类在海底铺设了大量的能源输送管道和信息通信线缆。海底管线的正常工作,是海上油气与跨国通信的重要保障。由于海底施工、自然腐蚀和其他种种原因,海底管线易破损甚至断裂,造成经济和环境上的重大损失。因此,需要水下机器人对海底管线进行定期跟踪检查。利用侧扫声纳采集海底信息,通过图像处理算法检测出管线的位置和走向,并引导水下机器人对管线跟踪是本文的主要研究内容,具体如下:(1)研究侧扫声纳图像管线检测系统与图像预处理。首先,介绍管线检测与跟踪系统结构;其次,分析侧扫声纳成像原理与影响声纳图像质量的因素;然后,介绍水下管线系统模型;最后,研究均值滤波、中值滤波、高斯滤波去除声纳图像噪声的方法。实验结果表明,高斯滤波对声纳图像滤波的效果最佳。(2)研究二维平均恒虚警率的管线检测方法。首先,介绍在高斯噪声条件下的二维平均恒虚警率算法,在计算参考单元平均值时,需要反复提取像素灰度值,从而耗费大量的计算时间,本文研究采用积分矩阵加速计算;其次,采取形态学方法平滑管线边缘,并根据二值图连通区域离心率指标去除虚警;最后,通过Hough变换检测管线边缘,拟合得出管线的位置与走向。实验结果表明,该方法能有效检测出声纳图像中的管线目标。 (3)提出矩形和十字形检测结构的二维平均恒虚警率算法。首先,根据管线的形状特征,研究矩形检测结构。相对于正方形检测结构,矩形检测结构在检测管线目标时具有较低的阈值,从而有效提取图像中的管线。十字形检测结构在矩形检测结构基础上,利用左右方向与上下方向参考单元灰度平均值之比,改善声纳图像野值点造成的管线像素

E4432B 数字和模拟信号发生器

E4432B 数字和模拟信号发生器详细介绍： 2250KHz-3000MHz 2供单信道和多信道CDMA用的测量专用卡 2用于I和Q的20 MHz射频带宽 2极度高的电平精度 2步进扫描（频率、功率和列表） 2宽带调幅、调频和调相 2内部数据发生器和突发脉冲功能（选件UN8） 2灵活形成定制调制选件UN8，UND） 2机内有供DECT、GSM、NADC、PDC、PHS和TETRA用的TDMA格式（选件UN8） 2内部双任意波形发生器（选件UND） 2内部误码率分析仪（选件UND7） 23年保用期产品介绍 Agilent ESG-D系列射频信号发生器除具有广泛的特性和优良的模拟性能之外，还提供多种数字调制功能，而且在价格方面亦能被用户所接受。他们提供了极好的调制精度和稳定度，以及空前的电平精度。AgilentESG-D系列特别适于满足当前数字接收机测试、元器件测试和本地振荡器应用日益提高的要求。专门定制的调制和DECT、EDGE、GSM、NADC、PDC、PHS、TETRA标准（选件UN8）内部生成通用标准的信号来对接收机进行测试。改变调制类型、数据、码元速率、滤波器型式和滤波因数，以生成供元器件和系统容限测试用的定制信号。很容易配置时隙来模拟不同类型的通信业务量、控制信道或同步信道（或突发信号）。可产生具有内部突发功能移动站或基站传输。还降低了对具有综合数据生成功能的外部设备的需求。内部双任意波开发生器（选件UND）能重现几乎任何以数学形式生成的波形。可下载长波形或多个波形（达1M取样），以放置或贮存到非易失RAM中供随后使用。14比特的数模转换器（DAC）分辨率扩大了动态范围和改善了噪声性能。在对I/Q生成进行优化后，双任意波形发生器选件将使装置大为简化。 W-CDMA和Cdma 2000 能产生符合正在拟定的国际标准的正确编码信号。模拟用于基站和移动接收机测试的全编码信道或部分编码统计修正的多信道信号，可以对用于正在拟定的国际3G标准的有源元件进行精确的大容量测试。多信道和多载波CDMA Agilent ESG-D系列提供CDMA（选件UN5）测量专用卡。用多个信道产生多载波CDMA信号，每个载波用于基站和移动站的系统或元件测试。通过选择预定的多载波CDMA配置或明确确定每个信道对每个载波的特性，可以为某些特殊的需要，如互补累积分布函数（CCDF）专门制定某种测试。内部误码率分析仪（选件UN7）为测量灵敏度和选择性而进行误码率分析。选件UN7提供用于PN9或PN15比特序列的分析功能，并指出用户规定的测试极限的合格或不合格条件。宽带I和Q调制利用模拟I和Q输入，产生复杂的调制格式，以满足射频数字通信系统开发研究和测试的需要。机内正交调制器处理I和Q输入信号，以在10MHz（1dB）带宽范围提供极高的调制精度和稳定度。极高的电平精度 Agilent ESG-D系列射频信号发生器能在宽的功率范围（+13dBm～-136dBm,利用选件UNB时为+17dBm～-136dBm)以极高的电平精度进行精确、有效的灵敏度测试。内部调制格式的电平精度优于±1.1dB(典型值为+0.6dB),从而保证甚至对最灵敏的数字接收机也能进行精密测量。技术指标 2频率：250kHz~3000MHz 2关于模拟远程编程和一般技术指标，参阅ESG系列数字调制的电平精度

SAR雷达目标信号模拟器案例

SAR雷达目标信号模拟器案例来源：北京华力创通科技股份有限公司作者：发表时间：2010-04-08 16:08:50 目前机载 SAR 雷达设备的主要测试手段是在地面采用点目标信号进行部分指标和分辨率测试。进一步完整的成像测试需要安装在运载飞机上进行实际飞行测试，得到最后的指标。星载 SAR 雷达设备的主要测试手段同样是在地面点目标信号进行部分指标和分辨率测试。通过这种测试来估计实际的成像指标。 XXX 型 SAR 雷达目标信号模拟器可以实时模拟回放多点目标和场景目标回波。用于机载或星载 SAR 雷达设备在地面进行完整的功能和性能指标调试和测试。 XXX 型 SAR 雷达目标回波信号模拟器基本原理是一种数字储频体制的测试信号模拟设备。接收来自雷达系统 TR 组件送出的脉冲发射信号，并在此基础上生成触发脉冲和回波信号；实时模拟点目标回波信号：－－能进行时间延迟、能叠加多普勒频移，能进行幅度调制；非实时模拟面目标回波信号－－可叠加地表信息、轨道特性、平台姿态特性和幅相误差、波位特性、天线性能等工程误差 XXX 型 SAR 雷达目标回波信号模拟器主要由三个功能单元组成：射频单元将来自雷达系统脉冲发射信号转换到中频，并将中频单元的模拟回波信号混频至射频，通过射频电缆注入或通过天线回放给被测雷达；数字中频单元基于数字储频体制获取中频信号，经过数字变换成多点目标回波中频信号回放给射频单元。或根据被测雷达的信号特征，将已经存储的大型场景目标回波回放出去数学仿真单元运行 SAR 雷达场景目标模拟生成算法，生成场景（即面目标）回波数据，注入给数字中频单元技术优势幅相控制技术高速 AD/DA 技术（ 20M － 1.5G 采样率）实时点目标运算，非实时面目标模拟高速板间数据传输技术（单通道最高速率可达 6Gbps ）大容量板级数据存储技术（ 20G ）应用方案雷达系统回波模拟精密延迟信号实现用于宽带雷达模拟器实时记录 SAR 发射信号实时回放数字信号、模拟各种条件

通信技术与系统实验

2014-2015学年第二学期《通信技术与系统》课程实验报告所在学院：电子工程学院学生姓名：学生学号：任课老师： 2015年6月 18日

实验1 模拟信号源实验一、实验目的 1．了解本模块中函数信号产生芯片的技术参数； 2．了解本模块在后续实验系统中的作用； 3．熟悉本模块产生的几种模拟信号的波形和参数调节方法。二、实验仪器 1．时钟与基带数据发生模块，位号：G 2．频率计1台 3．20M 双踪示波器1台 4．小电话单机1部三、实验原理本模块主要功能是产生频率、幅度连续可调的正弦波、三角波、方波等函数信号（非同步函数信号），另外还提供与系统主时钟同源的2KHZ 正弦波信号（同步正弦波信号）和模拟电话接口。在实验系统中，可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用做PAM 、PCM 、ADPCM 、CVSD （?M ）等实验的音频信号源。本模块位于底板的左边。 1．非同步函数信号它由集成函数发生器XR2206和一些外围电路组成，XR2206芯片的技术资料可到网上搜索得到。函数信号类型由三档开关K01选择，类型分别为三角波、正弦波、方波等；峰峰值幅度范围0～10V ，可由W03调节；频率范围约500HZ ～5KHZ ，可由W02调节；直流电平可由W01调节（一般左旋到底）。非同步函数信号源结构示意图，见图2-1。图2-1 非同步函数信号源结构示意图 2．同步正弦波信号它由2KHz 方波信号源、低通滤波器和输出放大电路三部分组成。 2KHz 方波信号由“时钟与基带数据发生模块”分频产生。U03及周边的阻容网络组成一个截止频率为2KHZ 的低通滤波器，用以滤除各次谐波,只输出一个2KHz 正弦波，在P04可测试其波形。用其作为PAM 、PCM 、ADPCM 、CVSD （?M ）等模块的音频信号源，其编码数据可在普通模拟示波器上形成稳定的波形，便于实验者观测。 W04用来改变输出同步正弦波的幅度。同步信号源结构示意图，见图2-2。 K01 U01 跟随放大器 XR2206 电路三角波正弦波方波 P03

【CN110335202A】一种水下声纳图像噪声消除方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910277579.9 (22)申请日 2019.04.08 (71)申请人武汉理工大学地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人刘文　卢煜旭　张瑞　孙睿涵　吴芷璇　何俊　马全党　 (74)专利代理机构湖北武汉永嘉专利代理有限公司 42102 代理人李丹 (51)Int.Cl. G06T 5/00(2006.01) G06T 7/45(2017.01) (54)发明名称一种水下声纳图像噪声消除方法 (57)摘要本发明公开了一种水下声纳图像噪声消除方法，包括以下步骤：1)采取不同环境下的色彩清晰的彩色图像，然后将其转变成灰度图；2)将步骤1)中采集的图象进行图像处理操作转换成为设定数量数据集，作为训练数据；3)将得到的数据集进行对数化处理；4)将处理完毕的数据集运用基于残差卷积神经网络框架训练学习；5)得到训练参数，根据得到的残差卷积神经网络对测试图像进行去噪处理，得到噪声图像，然后根据噪声图像和原始测试图像得到去噪后的图像。本发明采用CNN对对数域的散斑噪声进行估计，采用结构相似性度量作为损失函数，在散斑噪声抑制过程中保持更多的几何结构，保证高质量的去噪检测性能。权利要求书1页说明书5页附图1页CN 110335202 A 2019.10.15 C N 110335202 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110335202 A 1.一种水下声纳图像噪声消除方法，其特征在于，包括以下步骤： 1)采取不同环境下的色彩清晰的彩色图像，然后将其转变成灰度图； 2)将步骤1)中采集的图象进行图像处理操作转换成为设定数量数据集，作为训练数据；所述图像处理操作包括上下翻转、左右翻转、向左或向右旋转、放大、缩小、切割中的一种或几种的组合； 3)将得到的数据集进行对数化处理； 4)将处理完毕的数据集运用基于残差卷积神经网络框架训练学习； 5)得到训练参数，根据得到的残差卷积神经网络对测试图像进行去噪处理，得到噪声图像，然后根据噪声图像和原始测试图像得到去噪后的图像。 2.根据权利要求1所述的水下声纳图像噪声消除方法，其特征在于，所述步骤4)中基于残差卷积神经网络框架训练学习过程如下： 1)设置训练学习参数，为残差卷积神经网络进行权值的初始化；所述参数包括批训练量、学习率、训练次数； 2)输入数据经过卷积层、下采样层、全连接层的向前传播得到输出值；根据损失函数求出残差卷积神经网络的输出值与目标值之间的误差； 3)当误差大于期望值时，将误差传回网络中，依次求得全连接层，下采样层，卷积层的误差；各层的误差可以理解为对于网络的总误差，网络应承担多少； 4)误差大于期望值时，根据求得误差进行权值更新； 5)当误差等于或小于期望值时，结束训练。 3.根据权利要求2所述的水下声纳图像噪声消除方法，其特征在于，所述步骤2)中采用的损失函数为SSIM损失函数。 4.根据权利要求1所述的水下声纳图像噪声消除方法，其特征在于，所述步骤4)中残差卷积神经网络的结构如下，包括： 1)输入层：输入层为第一层，输入为35x35xc的图像，经过64个3x3x3的卷积核卷积，输出为64张35x35的特征图，即35x35x64的图像； 2)卷积层：卷积层共16层，每层有64个3x3x64的卷积核，每层的输入输出都为35x35x64的图像； 3)输出层：输出层通过1个3x3x64的卷积核，重建1维图像，作为输出。 2

数字信号源实验报告

实验一数字信号源实验一、实验目的 1、了解单极性码、双极性码、归零码、不归零码等基带信号波形特点。 2、掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 3、掌握数字信号源电路组成原理。二、实验内容 1、用示波器观察单极性非归零码（NRZ）、帧同步信号（FS）、位同步时钟（BS）。 2、用示波器观察NRZ、FS、BS三信号的对应关系。 3、学习电路原理图。三、基本原理本模块是实验系统中数字信号源，即发送端，其原理方框图如图1-1所示。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2所示。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号。发光二极管亮状态表示‘1’码，熄状态表示‘0’码。本模块有以下测试点及输入输出点： ? CLK-OUT 时钟信号测试点，输出信号频率为4.433619MHz ? BS-OUT 信源位同步信号输出点/测试点，频率为170.5KHz ? FS 信源帧同步信号输出点/测试点,频率为7.1KHz ? NRZ-OUT NRZ信号输出点/测试点图1-3为数字信源模块的电原理图。图1-1中各单元与图1-3中的元器件对应关系如下： ?晶振CRY：晶体；U1：反相器7404 ?分频器US2：计数器74161；US3：计数器74193； US4：计数器40160 ?并行码产生器KS1、KS2、KS3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管左起分别与一帧中的24位代码相对应 ?八选一US5、US6、US7：8位数据选择器4512 ?三选一US8：8位数据选择器4512 ?倒相器US10：非门74HC04 ?抽样US9：D触发器74HC74

一种侧扫声纳图像的无缝拼接方法

一种侧扫声纳图像的无缝拼接方法发表时间：2019-07-30T16:14:56.560Z 来源：《防护工程》2019年8期作者：胡鑫玉程彬彬徐从营[导读] 本文以某湖泊实测的侧扫声纳数据为例，研究侧扫声纳图像的无缝拼接方法，对其中的关键步骤进行详细的阐述。中国船舶重工集团有限公司第七一〇研究所湖北宜昌 443003 摘要：本文以某湖泊实测的侧扫声纳数据为例，研究侧扫声纳图像的无缝拼接方法，对其中的关键步骤进行详细的阐述。本文先对图像进行校正，通过研究地理编码的拼接方法，提出基于共视地形的图像拼接处理，生成了大区域、无缝拼接的侧扫声纳图像。实验验证了该方法的有效性和可行性，实验结果较理想。关键词：侧扫声纳系统；无缝拼接；图像校正；地理编码；共视地形 1 引言高分辨率声纳图像对水底地形构建、水下小目标探测及底质判别都有着重要作用，受尺寸影响，多波束图像分辨率有限，而侧扫声纳就以其高精度、高效率、高分辨率的特点成为获取水下图像的主要设备。为获得水下大范围地形地貌，需要对侧扫声纳图像进行拼接和镶嵌。原始侧扫声纳瀑布图按时间序列堆叠，没有结合地理信息；由于航行器姿态、风浪、海流等因素影响，侧扫声纳记录位置信息时存在一定误差；声波强度随距离加大产生的扩展损失和吸收损失使图像存在灰度畸变；而受航速和航向变化的影响，图像也存在几何畸变，给图像的无缝拼接带来困难。 2 声纳图像拼接流程侧扫声纳图像的无缝拼接主要分为以下步骤：①原始数据的读取：提取出原始数据和辅助信息；②斜距改正：利用高度信息消除由于声波波束倾斜造成的数据横移，削弱图像横向畸变；③图像增强：调整机器自动增益后的灰度不均衡；④航速校正：消除由于航行体速度变化引起的图像纵向畸变；⑤地理编码与重采样：将瀑布图映射到具有地理信息的图像中；⑥图像拼接：将多条侧扫条带图像拼接成大比例高精度的图像。 3 研究方法 3.1 侧扫声纳数据读取本文利用Edgetech公司的侧扫声纳扫测某湖泊，对原始数据进行处理。通过检测文本文件头，得到数据类型和有效数据长度，对文件头后的数据及侧扫声纳回波强度信息进行提取，得到原始数据和辅助信息（包含航行体的位置、姿态、速度和时间等）。 3.2 斜距改正其中，代表采样点到声呐的平面距离，为可调参数。

信号源种类

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