潜艇模型避障系统中声呐和图像信号处理研究
声纳图像处理技术在水下探测中的应用方法
声纳图像处理技术在水下探测中的应用方法水下探测是一项重要的技术活动，涵盖了海洋研究、资源勘探、沉船考古等多个领域。
而声纳图像处理技术作为水下探测的关键环节，发挥着重要的作用。
本文将介绍声纳图像处理技术在水下探测中的应用方法，并探讨其优势和未来发展趋势。
声纳图像处理技术是利用声波传播在水中的特性，通过声纳传感器采集到的声波信号，进一步提取和处理，生成可视化的水下图像。
声纳图像处理技术主要包括信号预处理、目标检测与跟踪以及图像增强等步骤，下面将对每个步骤进行详细介绍。
首先，信号预处理是声纳图像处理的重要步骤之一。
由于水下环境中存在噪声干扰，对采集到的声波信号进行去噪处理是提高图像质量的关键。
常见的去噪方法包括滤波器设计、时频变换等。
滤波器设计方法可以根据噪声特性选择合适的滤波器类型，如低通滤波器、带通滤波器等，以减少噪声的干扰。
时频变换方法可以将时域信号转换到频域，利用频域的特性进行噪声分离。
其次，目标检测与跟踪是声纳图像处理技术中的关键环节。
根据水下环境的不同，目标检测和跟踪方法也有所区别。
在海洋科学研究中，常用的目标检测方法包括基于能量、相干性和极化等特征的检测算法。
能量检测是最简单的方法，通过设定一定的能量门限来判断是否存在目标。
而相干性检测和极化检测则通过分析声波的相干性和极化特性来检测目标。
在资源勘探和沉船考古等领域，目标检测和跟踪方法更加复杂，常采用基于图像处理的技术，如边缘检测、形状匹配等。
最后，图像增强是声纳图像处理技术中的重要环节，可以有效提高水下图像的清晰度和细节。
常用的图像增强方法包括对比度增强、边缘增强、噪声抑制等。
对比度增强方法可以通过调整图像的灰度级来增加图像的对比度，使目标更加清晰可见。
边缘增强方法可以通过突出图像的边缘特征来增加目标的鲜明度。
噪声抑制方法可以通过滤波技术来降低噪声对图像的影响，进一步提高图像质量。
声纳图像处理技术在水下探测中具有诸多优势。
首先，声纳图像处理技术可以穿透水下环境，获取到海底地形、生物分布、沉船遗迹等各种信息，为海洋科学的研究提供了重要的技术手段。
潜艇声呐技术发展研究
进入 ２ １世 纪后 ，各 国海 军 根据 自身 需求加 强 了对 未来 海军 发展 战略 的论证 ，提 出未 来几 十年海
军装 备建 设 的发展途 径和 设想 ，声呐系 统成 为重要 的组 成 部分 。２ ０ ０ ５年 ，五角 大楼 正式通 过未 来三 十 年美 国海 军发 展计划 ，提 出 ２ １世纪美 国海 军 的主 要作 战 区域从蓝 海 （ ｌｅ ｅ ） 向褐 海（ｒｗ ａ， ｂｕ ａ 走 ｓ ｂｏ ｎｓ ） ｅ
２ １年 第 ２期 ０２
声 学 与 电子 工程
总 第 １６ 期 ０
潜艇声 呐技术发展研 究
杨跃轮 朱辉 庆
（ 海装上海局 ，上 海，２ ０ ８ ；２ １ ０ ０ ３ 海军驻杭 州地 区军事代表 室，杭 州，３ ０ １ ） １ ０２
摘 要 从潜艇 的发展趋势 以及潜用声呐 的功能 出发 ，对当前美 、德 、英 、俄等 国海军潜艇声呐系统装 备及技术现状进行了介绍，分析 了未来潜艇声呐系统和技术的几个主要发展 动向。 关键词 潜用声呐；一体化 ；数字化 ；发展研究
的基本 平 台，把尽可 能 多的 总体设 计 、信 号处 理算
Ｎ ａｉ ｎ ｌ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｃｏ ｎ ｉ Ａｕ ｈ ｒ ｇ Ｏｒ ａ ｉａ ｉ ｎ ． ｔｏ ａ ｓａｃ ｕ ｃｌ ｔ ｏｉ ｎ ｇ ｎ ｚ ｔｏ ｓ
Ｔ ｃ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒ ｔ ｅ Ｕｎ ｔｄ Ｓ ａｅ ｖ ｎ ａ ｉ ｅ Ｃｏ ｐ ， ｅ ｈ ｌ ｇ ｏ ｈ ｉ ｔ ｔｄ Ｎａ ｙ ａ ｄ Ｍ ｒ ｒ ｓ ｎ ｅ ｎ
杨跃轮 等：潜艇声呐技 术发展研 究
框 架 。新 型 信 号 处 理 体 系充 分 重视 信 息 的相 互 利 用 ，充分 重视 各项 功能 的相互 支撑 ，最大 程度 地确 保 性 能的最优 化 。 软件 声 呐将 改变 声呐系 统设 计思路 ，实现 硬件 与 软件 的适 当分离 ，把硬件 作 为声 呐信 号处理 技术
水下声呐信号的处理与分析
水下声呐信号的处理与分析水下声呐是一种传感器，可以用来探测水中物体并获取其位置、形状、速度等信息。
它广泛用于海洋资源开发、水下油气勘探、水下防卫等领域。
为了利用水下声呐获取的数据更好地帮助我们了解水下环境与目标，水下声呐信号的处理与分析显得尤为重要。
声呐通常采用的是声脉冲法。
当声波在水中传播时，由于水的密度、温度等因素的影响，声波会发生衍射和散射，造成信号干扰和失真。
为了克服这些问题，我们需要进行声呐信号的处理与分析。
首先，我们需要对声呐信号进行滤波处理。
滤波可以去除非本体信号，使真正的目标信号更突出。
常用的滤波方法包括低通滤波、高通滤波、带通滤波等。
低通滤波可以将高频成分去掉，保留低频信号，用于识别目标的形状和位置；高通滤波则可以去掉低频成分，突出高频信号，用于识别目标的强度和速度；带通滤波可以在一定的频带内保留信号，而将其余信号去掉。
其次，我们需要对声呐信号进行分析。
声呐信号的分析可以用于提取目标的特征信息，如目标的形状、大小、材料等。
常用的声呐信号分析方法包括FFT分析、小波分析、时频分析等。
FFT分析可以将信号从时域转换到频域，以便更好地研究信号的频谱结构；小波分析则可以分析信号的局部频谱结构，用于提取目标的形状特征；时频分析可以分析信号在时间和频率上的变化，用于提取目标的运动信息。
最后，我们需要对声呐信号进行图像化处理。
声呐信号的图像化处理可以直观显示目标的形状、位置、速度等信息。
常用的声呐信号图像处理方法包括三维成像、等高线图、水声图等。
三维成像可以将声呐信号转化为三维图像，直观显示目标的形状和位置；等高线图可以将声呐信号转化为二维高度图，用于显示目标的形状和位置；水声图则可以将声呐信号转化为彩色图像，用于显示目标的形状、材料等信息。
总之，水下声呐信号的处理与分析是探测水中目标的重要手段，可以帮助我们了解水下环境，开展海洋资源开发、水下油气勘探等工作。
随着传感器技术的不断发展，声呐信号的处理与分析方法也在不断地更新和完善。
世界潜艇综合声呐系统发展现状及趋势
世界潜艇综合声呐系统发展现状及趋势潜艇是一种重要的军事装备，不管是进行海底探测、寻找目标或是执行任务，潜艇都离不开声呐系统。
声呐技术一直是潜艇制造和发展的关键技术之一，而声呐系统发展也一直是世界各国海军竞争和发展重点之一。
本文将探讨世界潜艇综合声呐系统的发展现状及趋势。
一、潜艇综合声呐系统发展现状综合声呐系统是潜艇的重要装备之一，由各种声呐设备组成，包括主动声呐、被动声呐、副声呐等。
主动声呐是用来发射声波，将声波反射回来之后收集数据的设备，主要用于在水下测量距离、探测环境以及记录海底地形。
被动声呐与主动声呐相反，它是用来接收来自水下环境或敌对目标的声波信号。
而副声呐则是在主要声呐设备损坏或失灵时替代的备用系统。
从整体上看，世界各国的潜艇综合声呐系统发展都比较成熟。
美国和俄罗斯的声呐系统表现较为亮眼。
美国研制的AN/BQQ-10声呐系统拥有极高的侦测范围和准确度，而俄罗斯的MGK-600声呐系统则具备良好的干扰和抗干扰能力。
二、潜艇综合声呐系统发展趋势1、数字化数字化是潜艇综合声呐系统的未来发展趋势之一。
随着科技的不断发展，数字化的技术越来越成熟。
数字化声呐系统可以将水下信号转化为数字信号进行处理，并凭借超高的处理速度和精确度，实现水下复杂环境的检测和定位。
2、网络化随着信息化和网络化的发展，潜艇综合声呐系统也越来越趋向于网络化。
将各个声呐设备进行互联，实现设备之间的资源共享、消息传递和联合作战，可以增强声呐系统的整体性能，提升潜艇作战的有效性。
3、智能化智能化是未来声呐系统发展的趋势之一，主要是利用人工智能、机器学习等技术实现声呐系统的自主感知、决策和控制。
智能化的系统可以深度分析声波信号，识别出敌对目标并进行定位、追踪和攻击。
这样可以有效提升潜艇的作战效率和作战能力。
总之，潜艇综合声呐系统的发展是一个不断更新的过程。
未来的发展趋势是数字化、网络化和智能化，可预期的是潜艇综合声呐系统会更加精确、高效、灵活，发挥出更加重要的作用。
舰艇声呐技术的应用与发展分析
舰艇声呐技术的应用与发展分析在现代战争中，舰艇声呐技术的作用越来越明显，本文重点对舰艇声呐技术进行分析和研究，并且阐述舰艇声呐技术的发展历程，以供参考。
关键词：舰艇声呐;发展趋势;应用1 舰艇声呐概述舰艇声呐主要是探测水中的声波，并且进行定位和通信的电子设备，是当前海军进行水下监测过程中使用的主要设备，可以进一步探测定位、分类、跟踪水下的目标，并且进行水下的导航和通讯，确保反潜机、舰艇、反潜直升机的战术机动以及引导一些水下武器的使用。
2 舰艇声呐技术2.1 主动声呐主动声呐指的主要是声呐具有较大的功率，能够主动发射相应的声波，并且接收反射之后的回波，用来分析目标的参数，并且进行确认，是通过简单的回声探测仪器转变形成的，主动通过在探测水域对超声波的发射，对回波来进行计算，适合对水下的水雷、鱼群、暗礁、沉船等进行测量，并且可以计算出已经关闭发动机的隐蔽潜艇。
当前，美国海军在声呐发展的过程中，为了进一步让反潜能力提高，在声呐当中运用一种新技术，也就是连续波主动声呐技术，简称CAS，通过这项技术能够不间断的进行信号的发射，声呐操作员也可以在此过程中同步对潜艇的声音进行监听，可以更好地让水面舰艇对敌舰艇进行探测，了解敌舰艇的位置。
2.2 被动声呐被动声呐主要指的是声呐被动接收目标发射出的信号或者目标产生的一些辐射噪音，对目标方位进行测定，它主要是由简单的水听器逐步演变形成的，对目标发出的噪音进行接收，对接收到的数据进行分析，同时对目标的特性和位置进行判断，主要适合一些在任务过程中不能使用主动声呐发声暴露自己但又需要对外部活动进行探测的潜艇。
2.3 可变深度声呐由于声呐的声波在传播的过程中往往会因为海面、海底的影响以及海水不均匀分布等产生一些散射、折射、干涉、反射，会导致声线弯曲或者信号畸变、起伏等情况，进而导致传播途径改变或者产生声阴区，这些不确定因素会对声呐的测量精度和作用距离产生非常大的影响。
现代声呐需要在适当的区域对严呐的工作深度进行合理的选择，通过声呐发出的声波在不同途径当中传播来减小水声传播条件的不利影响，让声呐的探测距离提高。
基于数字信号处理技术的声纳信号模拟与处理方法研究
基于数字信号处理技术的声纳信号模拟与处理方法研究声纳信号是一种用于探测、定位和识别水中物体的方法，广泛应用于军事、海洋勘探、水下通信等领域。
而基于数字信号处理技术的声纳信号模拟与处理方法的研究，则着眼于如何利用数字信号处理的理论和技术来模拟和处理声纳信号。
声纳信号模拟是指通过计算机仿真或实际信号发生装置产生声纳信号，并将其用于声纳系统的测试和验证。
声纳信号模拟的目的是在不同条件下模拟真实场景中的声纳信号，以便对声纳系统的性能进行评估。
在基于数字信号处理技术的声纳信号模拟中，我们可以利用数字滤波器、时域仿真和频域调制等方法来生成模拟信号。
数字信号处理技术在声纳信号处理中的应用十分广泛。
其中，最主要的应用包括滤波、谱估计、目标检测和定位等方面。
首先，滤波是声纳信号处理中的重要环节。
滤波可以去除信号中的噪声，增强目标信号的特征，提高信号的质量。
在基于数字信号处理技术的声纳信号滤波中，我们可以根据信号的特点选择适当的滤波器，如低通滤波器、带通滤波器等，以实现信号的滤波处理。
其次，谱估计是声纳信号处理中的另一个重要环节。
谱估计可以通过分析信号在不同频率上的能量分布来揭示信号的频谱特征。
在基于数字信号处理技术的声纳信号谱估计中，我们可以利用傅里叶变换、卡尔曼滤波和功率谱估计等方法来实现信号的谱估计。
目标检测和定位是声纳信号处理中的关键任务。
目标检测可以通过分析声纳信号中的目标回声来确定目标的存在与否，而定位则是通过分析目标回声的到达时延和幅度差异来确定目标的位置。
在基于数字信号处理技术的声纳信号目标检测和定位中，我们可以利用相关性分析、波束形成和空间谱估计等方法来实现目标的检测和定位。
除了滤波、谱估计和目标检测定位等常见的声纳信号处理方法之外，基于数字信号处理技术的声纳信号模拟与处理方法的研究还包括几种新的研究方向。
一方面，自适应滤波是一种针对复杂噪声环境下的声纳信号处理方法。
自适应滤波可以根据实时观测到的环境噪声和目标信号，自动调整滤波器参数以达到最佳的滤波效果。
AUV智能避障策略研究
中文摘要中文摘要近年来，随着计算机、自动化控制、人工智能、微电子等技术的迅猛发展和精细化操作需求的提升，自主式水下潜航器（AUV）在水下勘测、海洋研究等领域都取得了显著的进展。
AUV集成了机械结构、传感器、转换与推进、惯性导航、供电系统、故障排除控制等系统专业技术，各项技术指标远超于一般的无人驾驶汽车，是电气工程、自动化控制的风向标。
针对水下环境复杂多变和AUV姿态精准控制的需求，本课题设计了一种新型AUV 系统，通过声呐识别障碍物，制定避障策略以实现AUV精准避障。
该系统尾部具有四个推进器，以X形布置；四桨无舵；控制尾部四个螺旋桨和整流罩来实现姿态调节。
最后根据设计要求制作出AUV的实物样机，采用MATLAB仿真和水下实验验证AUV系统的精确性和有效性。
首先，本文简要介绍新型AUV的各项主要技术指标，以及系统的组成结构，主要包括声呐系统、控制与通讯系统、姿态调整系统三个系统。
接着对该系统在进行避障工作时各个组成结构的工作原理进行阐述，系统通过声呐识别障碍物，并将信息传送至控制系统，控制系统根据制定的控制策略对姿态调整系统发出指令，姿态调整系统控制电机对AUV完成方向转变，最终达到躲避障碍物的目标。
其次，针对AUV避障任务，对AUV的组成系统构建模型进行MATLAB仿真，包括虚拟障碍物模型、被控对象模型、运动方向模型、障碍物识别模型、运动结束判断模型等。
根据所建立的模型设计了一种基于PID避障控制器的避障策略。
之后在MATLAB 平台进行仿真验证，通过设置单个或多个障碍物来验证避障系统的可行性，仿真结果显示本课题所提出的避障策略及设计的控制器具有良好的有效性，能够完成预期目标。
最后，设计了由基于STM32F722的主控硬件平台和软件控制系统组成的AUV实物样机，在水池中和河边对避障控制系统进行设备调试与检验。
通过水下实验，验证了整体避障系统的良好性能，满足实际工程的避障需求。
关键词：自主式水下潜航器；避障策略；PID控制；MATLAB仿真；水下实验ABSTRACTABSTRACTIn recent years,with the rapid development of computer,automatic control, artificial intelligence,microelectronics and other technologies and the improvement of refined operation requirements,autonomous underwater vehicle (AUV)has made remarkable progress in underwater survey,marine research and other fields.AUV integrates the mechanical structure,sensors,conversion and propulsion,inertial navigation,power supply system,troubleshooting control and other system professional technologies.Its technical indicators are far beyond the general driverless car,and it is the wind vane of electrical engineering and automatic control.In order to meet the needs of complex underwater environment and precise control of AUV attitude,a new AUV system is designed in this paper.The obstacle is identified by sonar,and the obstacle avoidance strategy is formulated to achieve accurate obstacle avoidance of AUV.There are four propellers in the tail of the system,which are arranged in X-shape;four propellers have no rudder; four propellers and fairings in the tail are controlled to realize attitude adjustment.Finally,according to the design requirements,a prototype of AUV is made,and the accuracy and effectiveness of the AUV system are verified by MATLAB simulation and underwater experiment.First of all,this paper briefly introduces the main technical specifications of the new AUV and the structure of the system,including sonar system,control and communication system,attitude adjustment system.Then,the working principle of each component structure of the system is described.The system identifies obstacles through sonar,and transmits information to the control system.The control system sends instructions to the attitude adjustment system according to the control strategy.The attitude adjustment system controls the motor to complete the direction change of AUV,and finally achieves the goal of avoiding obstacles.Secondly,aiming at the obstacle avoidance task of AUV,the model of AUV system is simulated by MATLAB,including virtual obstacle model,controlled object model,motion direction model,obstacle recognition model,motion endAUV智能避障策略研究judgment model,etc.According to the established model,an obstacle avoidance strategy based on PID controller is designed.After that,the feasibility of obstacle avoidance system is verified by setting single or multiple obstacles in Matlab platform.The simulation results show that the proposed obstacle avoidance strategy and the designed controller have good effectiveness and can achieve the expected goal.Finally,the AUV prototype is designed,which is composed of the main control hardware platform and software control system based on stm32f722.The equipment of the obstacle avoidance control system is debugged and tested in the pool and by the river.Through the underwater experiment,the good performance of the whole obstacle avoidance system is verified,which meets the needs of the actual project.Keywords:Autonomous Underwater Vehicle;Obstacle avoidance strategy;PID control;MATLAB simulation;Underwater experimentIV目录目录中文摘要 (I)ABSTRACT (III)第一章绪论 (1)1.1课题来源及意义 (1)1.2AUV及其避障方法研究现状 (2)1.2.1AUV研究现状 (2)1.2.2避障方法研究现状 (6)1.3本文研究的主要内容及章节安排 (7)1.3.1论文主要研究内容 (7)1.3.2本论文章节安排 (8)第二章新型AUV的系统组成及避障工作原理 (9)2.1引言 (9)2.2AUV的结构及其系统组成 (9)2.2.1AUV的结构组成 (9)2.2.2AUV的系统组成 (10)2.3AUV的避障工作原理 (10)2.3.1声吶 (10)2.3.2控制与通讯系统 (11)2.3.3姿态调整系统 (12)2.4本章小结 (13)第三章避障仿真对象模型的构建 (15)3.1引言 (15)3.2仿真对象的构建 (15)3.2.1模拟障碍物 (15)3.2.2被控对象模拟 (15)3.2.3运动方向模拟 (15)3.2.4识别障碍物模拟 (16)3.2.5运动结束判断 (19)1AUV智能避障策略研究3.3本章小结 (19)第四章AUV避障控制器设计及仿真 (21)4.1引言 (21)4.2AUV避障原理及策略 (21)4.3PID避障控制器的设计 (24)4.3.1PID控制原理 (24)4.3.2PID控制算法在AUV避障中的应用 (25)4.4基于MATLAB的AUV避障仿真验证 (26)4.4.1前、左、右三边均无障碍物情况 (26)4.4.2单个障碍物情况 (28)4.4.3多个障碍物情况 (32)4.5本章小结 (33)第五章AUV水下实验与结果分析 (35)5.1引言 (35)5.2AUV避障控制系统 (35)5.2.1避障控制系统硬件设计 (35)5.2.2避障控制系统软件设计 (37)5.3避障实验与结果分析 (38)5.4本章小结 (41)第六章总结与展望 (43)6.1总结 (43)6.2展望 (44)参考文献 (45)致谢 (49)2第一章绪论第一章绪论1.1课题来源及意义海洋蕴含着丰富的水、生物、矿产等资源，是一个巨大的资源宝库，其面积大约是地球总面积的7/10。
基于重力匹配导航的潜艇避障方法分析
基于重力匹配导航的潜艇避障方法分析一、引言介绍目前潜艇避障技术的现状，重力匹配导航在潜艇避障中的作用以及本论文的研究意义。
二、重力匹配导航技术简介阐述重力匹配导航的原理、优势和限制，以及其在潜艇避障中的应用和局限性。
三、潜艇避障场景分析分析潜艇在不同的水下环境中的避障场景，包括海底地形、水流、海洋生物等因素对潜艇的影响。
四、基于重力匹配导航的潜艇避障方法研究结合重力匹配导航技术，提出一种潜艇避障方法，包括建立地形模型、遥测数据融合、避障实时控制等环节的具体实现方案。
五、实验结果分析以模拟水下环境下的避障场景为例，对本文提出的方法进行实验，分析不同情况下的避障效果，并结合实验结果总结讨论。
六、结论与展望总结本论文的研究工作，指出研究的局限和不足之处，并展望重力匹配导航技术在潜艇避障领域的进一步应用方向。
一、引言潜艇在水下航行时必须面对各种复杂的水下环境，如峭壁、水流、海底障碍物等，因此，避障成为潜艇航行中的重要问题。
现有的潜艇避障技术主要是基于声纳测距和逐层扫描，然而这些技术存在着很多缺陷，如定位不精确、耗时长、易被干扰等。
因此，开发一种更为高效、精准的潜艇避障技术势在必行。
重力匹配导航作为新型的定位与导航技术，近年来在水下机器人尤其是潜艇领域得到了广泛应用。
重力匹配导航利用海底重力场与水下机器人测量的三维加速度数据之间的比较，通过匹配重力异常场来实现定位与导航。
与传统的声纳测距相比，重力匹配导航可以提供更为稳定和高精度的定位和导航，而且具有测距范围广、防干扰能力强等优势，可以有效解决潜艇避障时的问题。
因此，本文旨在探讨基于重力匹配导航的潜艇避障方法。
本研究通过分析水下环境中的避障场景、阐述重力匹配导航的原理及其在潜艇避障中的应用，提出一套实用性较强的潜艇避障方法，并通过实验结果的分析，展示该方法的可行性和可靠性。
这对于提高潜艇在水下任务中的自主性和航行安全性具有重要的意义。
二、重力匹配导航技术简介重力匹配导航技术是一种基于海底重力场的定位与导航技术，它利用水下机器人测量的三维加速度数据与海底重力场之间的比较匹配，通过分析比较结果来计算水下机器人的位置和姿态。
水下三维声成像及声纳图像处理技术研究的开题报告
水下三维声成像及声纳图像处理技术研究的开题报告一、选题背景和研究意义水下三维声成像及声纳图像处理技术是一项重要的海洋勘探技术。
随着现代海洋勘探的快速发展，对于水下地形、水下设施等信息的需要越来越迫切，因此对于水下声信号的采集、处理和成像具有重要的意义。
水下三维声成像及声纳图像处理技术可以用于海洋环境监测、海底地形勘探、海洋资源探测及海底设施建设等领域，具有广泛的应用前景。
二、研究内容和研究方法本研究将以水下声信号采集为基础，探讨水下三维声成像及声纳图像处理方法。
主要包括以下内容：（1）水下声信号采集：对于声纳波束形成的机理进行研究，介绍常用的声纳探测仪、声纳数据采集装置以及不同频率的声纳探测仪的应用。
（2）声波反射机理：通过对水下声波的反射、折射和散射机理进行研究，了解声波在不同海洋环境中传播的规律，包括温度、盐度、氧气含量等物理参数的影响。
（3）声纳图像数据处理：介绍声纳图像处理，如滤波、噪声削弱、分割等处理方法，使图像更易于识别和处理。
（4）水下三维声成像：通过声纳图像与海洋地理信息系统相结合，实现三维声波成像。
研究常用的水下三维成像方法，如水下三维声纳成像和计算机辅助重建方法等。
本研究将采用实验研究方法，通过声纳探测设备实时记录并采集水下声波信号，探究不同参数对水下声波传播特性的影响，并通过声纳图像处理方法和三维成像技术，实现对声波信号进行处理和成像。
三、预期目标和研究意义本研究将重点研究水下声信号采集、处理和成像方法，探讨声波在不同海洋环境中的传播规律及其影响因素，并通过三维成像技术实现对声波信号的高精度成像。
预期实现以下目标：（1）建立一套高效、准确的水下声信号采集、处理和成像方法体系，提高海洋勘探效率和精度。
（2）揭示水下声波传播规律，优化采集参数和分析方法，进一步提高声波数据的准确性和可靠性。
（3）开发相应的声纳图像处理软件、水下三维成像软件，为科学研究和海洋工程提供技术支持。
（4）为海洋环境监测、海底地形勘探、海洋资源探测及海底设施建设等领域的应用提供高精度、可靠的技术支持。
潜艇声呐知多少
潜艇声呐知多少作为潜艇作战的耳目，声纳一直受到广大军迷的密切关注。
然而遗憾的是相比于导弹和雷达，由于其较差的形象性、较深的保密层次、较强的专业背景、较窄的接触范围、复杂的物理过程和较少的科普等诸多因素，声纳一直是军事知识中的薄弱环节，更由于媒体或其他方面不太靠谱、望文生义乃至断章取义的"科普"导致军迷对声纳的理解引向歧途或有失偏颇的境地。
本文针对这种现象，以军迷非常关注的领域为切入点，谈谈个人的一点看法。
由于受个人专业和水平的限制，这些看法可能不甚准确，欢迎探讨和批评指正。
1、引言潜艇安装有多种声纳，根据其用途来划分分为探测声纳、导航声纳和通信声纳等类型。
这其中探测声纳与作战息息相关，也就最受军迷关注。
探测声纳一般有三种类型，即:潜艇首部安装的综合声纳、舷侧安装的舷侧阵声纳和潜艇运动时由尾部拖曳电缆拖曳的拖曳阵声纳。
一般潜艇都具有综合声纳，而舷侧阵声纳和拖曳阵声纳则是近几十年来声纳的热点，也是很多时候军迷区分潜艇是否先进的着眼点。
就其特点简单的说:综合声纳功能全面，性能平衡，兼顾主被动功能，覆盖频段较宽，使用方便，尾部有一定盲区;舷侧阵声纳主要覆盖中低频段，被动探测为主，探测距离较远，有的具有测距功能，使用方便，首部和尾部都有一定盲区;拖曳阵声纳主要覆盖低频频段，被动探测为主，探测距离远，但是使用不是很方便，需要保持一定航速，高速下性能可能下降且影响潜艇机动，收放线阵时可能会产生额外噪声。
下面笔者通俗的介绍下三种声纳的布置形式、基本原理、应用范围以及各自的优缺点。
2、综合声纳综合声纳一般布置在潜艇首部的声纳导流罩内，所以有时也叫艏部声纳或艇首声纳(但不能叫球鼻艏声纳，球鼻艏是现代水面舰特有的)，后部有隔声吸声障板。
其一般采用主动、被动发射基阵分置的方式，其中被动基阵布阵形式一般采用柱面阵、球面阵和共形阵三种;主动基阵一般采用平板阵、柱面阵和球面阵三种。
因为潜艇受隐蔽性考虑，综合声纳一般都只使用被动工作状态，所以一般军迷只关注被动的基阵。
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【 关键词 】声 呐； Ｃ Ｃ Ｄ； 图像分割； 边缘检测 ； 二值 化处理 【 中图分 类号 】 Ｔ Ｂ ５ ６ 【 文献标 志码 】 Ａ
ＤＵ Ｙｕｎ ｑｉ ａ ｎ ｇ， Ｍ Ａ Ｙｏ ｎｇ ｌ ｉ ａ ｎｇ
（ Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ， Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｇ ｕ ａ ｎ ｇ ｚ ｈ ｏ ｕ ５ １ ０ ８ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】 Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ａ ｕ ｔ ｏ ｎ ｏ ｍ ｏ ｕ ｓ ｎ ａ ｖ ｉ ｇ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｂ ｍ ａ ｉ ｒ ｎ ｅ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｆ Ｓ ｏ ｎ ａ ｒ ａ ｎ ｄ Ｉ ｍａ ｇ ｅ Ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ Ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｏ ｎ Ｓ ｕ ｂ ｍａ ｒ ｉ ｎ ｅ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ Ｏｂ ｓ ｔ ａ ｃ ｌ ｅ Ａｖ ｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
【 摘
要 】结合潜艇模型 自 主导航课题 ， 研究了 一种 基于声 呐信 号和 Ｃ Ｃ Ｄ视频 图像信号处理 方法在潜艇模 型避 障
系统中的应用 ， 结合潜艇模型的特征对潜艇模 型的避障策 略作 了简 要介绍 ， 详细 阐述 了声 呐和 Ｃ Ｃ Ｄ视 频 图像 的特
点。根据声 呐和 Ｃ Ｃ Ｄ图像信 号的特 点， 确立 了声呐信号和 Ｃ Ｃ Ｄ视 频图像处 理方案 ， 并通过实验验证 了该 方法在潜
ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｂ ｓ ｔ ａ ｃ ｌ ｅ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ａ ｎ ｃ ｅ ． Ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｗｉ ｔ ｈ ｈｅ ｔ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｉ ｒ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｓ ｕ ｂ ｍａ ｉ ｒ ｎ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｈｅ ｔ ｓ ｕ ｂ ｍａ ｉｎ ｒ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｏ ｂ ｓ ｔ ａ ｃ ｌ ｅ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ － ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｔ ｒ ａ ｔ ｅ ｇ ｙ ｉ ｓ ｂ ｉｅ ｒ ｌ ｆ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｃ Ｃ Ｄ ｖ ｉ ｄ ｅ ｏ ｉ ｍａ ｇ ｅ ｉ ｓ ｅ ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｅ ｄ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ
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⑨ ６ ６ 圈 ０ ６ 响 囿 数 ０ 字 信 ⑨ ＠ 号 ＠ 处 ￥ ｓ 理 ６ 响
・ 论 文 ・
潜 艇模 型 避 障 系 统 中声 呐 和 图 像 信 号 处 理 研 究
杜芸强 ， 马 永 良
（ 华南理工大学
广州学院， 广东 广州
５ １ ０ ８ ０ ０ ）