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基于垂直线阵的水下三维成像系统设计被引量：1: 2018年; 针对传统三维声呐硬件系统复杂、计算量庞大的特点,本文设计了一种基于垂直线阵的水下三维成像系统。相比于传统二维面阵成像声呐,垂直线阵成像声呐阵元数较少,硬件电路较简单。但是,垂直线阵扫面时间过长的缺点使得系统成像速率较慢,无法满足实时成像的需求。为解决此问题,本文提出了一种多频率发射波束形成算法,该算法通过优化垂直阵列的发射过程,有效地减少了系统发射阵列的波束发射次数,从而缩短了系统扫描时间,提升了成像速度。系统硬件部分由发射模块、接收模块、电源模块以及显示模块4个部分组成。系统通过FPGA控制120路信号的同步采样,在波束形成计算中使用并行子阵分级波束形成算法再次提高了系统的运算速率。为了验证系统的性能指标,本文先后对系统进行了波束形成仿真测试以及水下环境的实际成像测试。经测试,本文设计的垂直线阵三维声呐成像效果接近同等指标的二维面阵成像声呐,系统成像帧率较高,满足了三维声呐低功耗、小型化、实时成像的需求。; 徐云翔刘雪松陈耀武; 关键词：波束形成算法

便携式三维成像声纳的非网格化稀疏阵列技术被引量：2: 2019年; 为降低便携式三维成像声纳系统的硬件开销,同时保证阵列的波束性能,提出了一种非网格化阵列稀疏方法.该方法基于十字型阵列,在模拟退火算法中加入阵元位置扰动,以实现对十字型阵列的非网格稀疏优化,降低阵元数量;引入多频发射和并行子阵接收波束形成算法,构建模拟退火算法中新的能量函数,以保证十字型稀疏阵列具有成像实时性以及较低的计算需求.最后利用该方法对100+100的十字型阵列进行稀疏优化.实验结果表明,该方法获得的非网格化稀疏阵列能够获得预设的波束性能,并具有成像的实时性和较低的计算需求;与现有文献相比,在保持相同波束性能的条件下,该稀疏阵列具有最少的阵元数量.; 赵冬冬刘雪松周凡周凡; 关键词：传感器阵列模拟退火波束形成

兼顾远场和近场性能的便携式三维声纳设计被引量：2: 2019年; 为了降低三维成像声纳系统的复杂度,并保证系统在整个水下探测范围内具有准确的波束图,提出兼顾远场和近场性能的便携式三维成像声纳设计方法.该设计采用十字型阵列实现三维声纳成像,相比平面阵,极大降低了硬件复杂度,设备灵活轻便.针对发射阵列,提出近场条件下的多频发射波束形成算法,根据十字型阵列的景深划分多个发射聚焦区间,并通过菲涅尔近似,配置各聚焦区间的时延参数,保证近场的波束性能.针对接收阵列,提出优化的CZT (chirp zeta transform)波束形成算法,可实现远场和近场条件下的快速波束形成,且计算量低于其他波束形成算法.仿真实验表明,在近场聚焦区间内,该算法的角度分辨率和旁瓣高度变化差异较小,波束图性能稳定.实际水下实验证实该设计可以在探测场景内获得清晰的水下三维图像.; 赵冬冬刘雪松周凡周凡陈耀武; 关键词：远场近场

基于十字型阵列的并行子阵波束形成算法被引量：3: 2016年; 针对基于平面阵三维声纳成像系统应用中硬件开销及波束形成计算量大的问题,提出了一种基于十字型阵列的并行子阵波束形成算法。十字型阵列采用两条一维线阵实现了三维声纳成像,相比于二维平面阵,极大地简化了硬件复杂度。并行子阵算法在此基础上对十字型阵列的接收波束形成过程进行优化。算法将接收阵划分为多个子阵,在各子阵上并行地进行一级频域波束形成,在各子阵之间执行二级波束域波束形成,该两级并行流水线结构,有效地降低了波束形成的计算量。此外,给出了算法在现场可编程门阵列(FPGA)平台上的实现架构。仿真结果显示:本文算法获得了与直接波束形成相近的波束性能,但计算量仅为其一半,并且随着波束数量的增加,其优势会更加明显。; 刘雪松周凡周泓田翔蒋荣欣陈耀武; 关键词：信息处理技术子阵划分

基于稀疏阵列的实时三维声学成像技术研究: 水下实时三维声学成像技术在海底地貌测绘、海底施工、水下航行器避障、水下机器人、海上工程建设和军事作战等领域的作用日益凸显，具有广泛的应用前景。目前，十字阵列和平面阵列是水下三维声学成像系统中常用的两种阵列形式。十字阵列具...; 赵冬冬; 关键词：稀疏阵列信号处理模拟退火

基于分级波束形成的三维声纳系统设计被引量：3: 2014年; 针对三维声纳波束形成海量运算造成硬件系统复杂难以实现的问题,设计了基于分级波束形成的三维声纳系统。系统基于大规模(48×48)换能器接收基阵,采用分布式现场可编程门阵列(FPGA)结构实现两级波束形成,所需计算量相比传统波束形成减少九成。该算法经Matlab仿真验证了其合理性,系统样机经水下试验证明:在水平50°垂直50°覆盖角的观测范围内,实现角度分辨率达到0.39°,距离分辨率达到2cm的三维成像。; 林贤洲陈耀武; 关键词：换能器现场可编程门阵列

A Distributed Localization Scheme Based on Mobility Prediction for Underwater Wireless Sensor Networks: A distributed localization scheme based on mobility prediction for mobile underwater wireless sensor networks ...; Guangming ZhuRongxin JiangLi XieYaowu Chen; 关键词：LOCALIZATION; 文献传递

基于十字型阵列的多频发射波束形成算法被引量：4: 2016年; 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.; 刘雪松周凡周泓田翔蒋荣欣陈耀武; 关键词：波束形成

采用分布式并行子阵波束形成的水下三维成像被引量：2: 2014年; 针对水下三维声纳成像技术因计算负载过大而无法满足实时性需求的问题,提出一种频域分布式并行子阵波束形成算法.基于大规模二维方形平面换能器阵列,将全面阵分解成两级分布式子阵.所有一级子阵采用并行计算架构,同时进行并行波束形成;一级子阵和二级子阵之间采用流水线分布式计算架构,在二级子阵中计算得出波束强度值.基于Matlab软件对该算法进行仿真测试,并与传统波束形成算法相对比.综合考虑主瓣宽度、旁瓣峰值、内存需求量和计算需求量4个参数,给出最合理的子阵分解方法.结果表明:该算法可以实现水下三维声纳成像,并且符合工程实践的实时性需求.; 韩业强田翔陈耀武; 关键词：波束形成

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国家自然科学基金(41276090)