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中国声学学会水声学分会2021～2022年学术会议

作者：杨逍宇李爽童峰陈东升厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门大学海洋与地球学院

由于水声信道的动态时-空-频变特性,导致面向长时间海洋环境监测的水下信息传输难以兼顾传输的高速率和稳健性。为解决上述问题,本文提出了一种基于信道质量因子的自适应跳频水声通信方案,该方案以基于信噪比和时延扩展的信道质量因子... 详细信息

由于水声信道的动态时-空-频变特性,导致面向长时间海洋环境监测的水下信息传输难以兼顾传输的高速率和稳健性。为解决上述问题,本文提出了一种基于信道质量因子的自适应跳频水声通信方案,该方案以基于信噪比和时延扩展的信道质量因子作为信道特征参数对当前信道条件进行评估,实现调制模式的自适应切换。通过设置两种跳频模式,在信号解调后获取信道质量因子作为评估当前水声信道质量的依据,从而实现跳频模式的优化调整。浅海信道实验表明,所提自适应跳频水声通信方案能够适应信道变化,选择合适的通信模式匹配信道,达到兼顾传输速率和通信质量的目的。

关键词：自适应调制跳频通信系统信道评估信道质量因子海洋环境监测

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基于深度学习的鱼群视频轨迹追踪

基于深度学习的鱼群视频轨迹追踪

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中国声学学会水声学分会2021～2022年学术会议

作者：丁剑勇周阳亮许肖梅厦门大学海洋与地球学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学)

鱼群视频轨迹追踪是量化判断水下噪声对鱼群是否影响的有效手段,然而现有鱼群视频轨迹追踪系统多针对斑马鱼等特定鱼类的灰度特征设计算法进行鱼群检测,由于依赖鱼类灰度等特征进行追踪,易受环境干扰且处理时间较长等缺点,因此不易迁移... 详细信息

鱼群视频轨迹追踪是量化判断水下噪声对鱼群是否影响的有效手段,然而现有鱼群视频轨迹追踪系统多针对斑马鱼等特定鱼类的灰度特征设计算法进行鱼群检测,由于依赖鱼类灰度等特征进行追踪,易受环境干扰且处理时间较长等缺点,因此不易迁移于其他鱼类。本研究将深度学习引入鱼群视频轨迹追踪中,提出了一种基于YOLODeepSORT目标检测-数据关联的鱼群视频轨迹追踪方法。其中,在目标检测部分使用YOLOv5算法检测鱼群位置;在数据关联部分,使用DeepSORT算法将YOLOv5检测得到的鱼群位置信息在时间轴上关联起来得到鱼群轨迹。将所提方法分别应用于两种不同复杂度的场景下鲫鱼及大黄鱼的视频追踪,实验结果表明:追踪准确率分别达到了98%和94%以上,且平均单帧处理时间仅为0.014 s,表明了所提方法的有效性。

关键词：鱼群,视频,轨迹追踪深度学习

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适用于水下物联网的混合地理路由协议设计

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电子与信息学报 2022年第6期44卷 1966-1973页

作者：闫磊何天恺王易因张榕鑫李鑫滨东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院秦皇岛066004 系统控制与信息处理教育部重点实验室上海200240 燕山大学电气工程学院秦皇岛066004 上海交通大学自动化系上海200240 上海工业智能管控工程技术研究中心上海200240 厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门361005

该文针对水下物联网(IoUT)数据传输问题设计了一种混合地理路由协议。海洋环境的复杂性严重地限制了IoUT水下物联网节点间的数据传输性能,因此需要一个高效的路由协议以对抗复杂的信道环境。无状态几何路由(G-STAR)是一种采用贪婪转发... 详细信息

该文针对水下物联网(IoUT)数据传输问题设计了一种混合地理路由协议。海洋环境的复杂性严重地限制了IoUT水下物联网节点间的数据传输性能,因此需要一个高效的路由协议以对抗复杂的信道环境。无状态几何路由(G-STAR)是一种采用贪婪转发模式的地理路由协议,在大多数3维物联网情景中能够找到合适的数据传输路径,然而水下环境中存在诸多不利因素制约了G-STAR的性能。对此,该文提出一个混合G-STAR(Hybrid GSTAR,H-G-STAR)协议,在保有G-STAR优势的基础上对协议在水下环境中的适应性进行了针对性设计。通过增加基于信道监听的无协作转发策略,在节点数量足够时自发地选择信道状况最佳的路径进行路由,由此避开贪婪转发在水下环境中可能遭遇的极端劣化信道。仿真结果显示H-G-STAR协议相较于基准G-STAR协议有着更好的路由性能,并且在物理层能够取得更低的误比特率(BER),在水下节点的网络拓扑中更为适用。

关键词：水下物联网水下信道地理路由无协作路由

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海洋地质钻探水下噪声特征分析

海洋地质钻探水下噪声特征分析

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中国声学学会水声学分会2021～2022年学术会议

作者：黄龙飞肖芳贵许肖梅厦门大学海洋与地球学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学)

海洋工程水下噪声引起的海洋声场变化给海洋生物带来了显著影响。目前,海洋工程水下噪声研究聚焦于工程建设期和营运期噪声,地质勘察期噪声研究相对较少。而对于海洋工程地质勘察中普遍应用的地质钻探手段,其水下噪声的监测与分析工作... 详细信息

海洋工程水下噪声引起的海洋声场变化给海洋生物带来了显著影响。目前,海洋工程水下噪声研究聚焦于工程建设期和营运期噪声,地质勘察期噪声研究相对较少。而对于海洋工程地质勘察中普遍应用的地质钻探手段,其水下噪声的监测与分析工作更是匮乏。本文对厦门近岸海域地质钻探过程中的套管锤击、震动,及钻孔取样水下噪声进行了监测,数据分析结果表明:管径20 cm时,锤击噪声为脉冲型噪声,声源级较高,达188.6 dB/1uPa,一定范围内存在对海洋哺乳动物的伤害风险。震动及钻孔噪声为连续型噪声,声源级较低,分别为151.1 dB及148.1 dB。然而,由于持续时间长（12 h）,钻孔噪声声源处累积声暴露级达173.8 dB/1μPa.s,一定范围内噪声累积效应仍可导致对部分鲸类动物的潜在伤害。

关键词：海洋工程地质勘察地质钻探水下噪声

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齿鲸生物声呐发射特性与波束调控研究

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物理学报 2020年第15期69卷 169-180页

作者：宋忠长张宇魏翀杨武夷徐晓辉厦门大学海洋与地球学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门361005 Centre for Marine Science and Technology Curtin UniversityGPO Box U1987Perth WA 6845Australia

齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声... 详细信息

齿鲸生物经过长期自然选择,进化出小巧、灵敏、高效的声呐系统.齿鲸生物声呐研究涉及海洋物理、声学、生物学、仿生学和信息学等学科,对于生物仿生、水声声呐、信号处理、水下探测与通信等领域具有参考价值.本文从声呐系统解剖结构、声呐信号与声呐波束调控三方面出发介绍齿鲸声呐发射系统.首先,介绍如何利用计算机断层扫描成像与超声测量技术重建齿鲸声呐发射系统的高精度三维结构,获取其声速、密度分布,为声呐系统的功能研究建立基础.随后,探究声呐系统发出的声信号的特性,研究声信号与生物行为之间的联系.最后,参考齿鲸生物声呐解剖结构与声呐信号特性建立数值模型研究声发射系统的气质结构、软组织结构和骨质结构组成的声学多相介质对声波传播的控制作用.齿鲸生物能利用其声呐信号的多样性与声呐发射系统结构的复杂特性动态调整声波传播与波束形成.探究齿鲸生物声呐工作原理能加深对生物多相介质中的声传播过程的理解,有望为水下仿生声探测与感知技术的发展提供新思路.

关键词：齿鲸回声定位生物声呐发声物理机理

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基于趋势估计的微多普勒分离与特征提取算法

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系统工程与电子技术 2021年第12期43卷 3452-3461页

作者：彭正红杨德贵王行王浩朱政亮中南大学航空航天学院湖南长沙410083 中南大学自动化学院湖南长沙410083 浙江大学工业控制技术国家重点实验室浙江杭州310027 厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室福建厦门361005

微动目标特征提取与辨识一直是弹道目标识别的研究热点与难点。针对复杂运动目标微多普勒(micro-Doppler,m-D)曲线交叠耦合导致的微动辨识难点,提出一种基于曲线趋势估计的分离算法。该算法首先通过骨架提取获得稳定精细的二值化曲线数... 详细信息

微动目标特征提取与辨识一直是弹道目标识别的研究热点与难点。针对复杂运动目标微多普勒(micro-Doppler,m-D)曲线交叠耦合导致的微动辨识难点,提出一种基于曲线趋势估计的分离算法。该算法首先通过骨架提取获得稳定精细的二值化曲线数据,再基于曲线光滑性和插值法对曲线趋势进行精确估计并分离,最后利用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)及经验模态分解(empirical mode decomposition,EMD)算法分解每条m-D曲线并计算相应的微动特性。仿真实验表明,所提算法能够在信噪比大于-15 dB条件下稳定分离m-D曲线,进而提取目标的微动特性。

关键词：微动回波模型曲线趋势估计曲线分离变分模态分解经验模态分解

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人工智能技术在水声通信中的研究进展

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哈尔滨工程大学学报 2020年第10期41卷 1536-1544页

作者：陈友淦许肖梅厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室福建厦门361005 厦门大学海洋与地球学院福建厦门361102 厦门大学深圳研究院广东深圳518000

海洋环境大动态变化特性导致水声信道复杂的时-空-频变,传统水声通信技术难以有效地与之自适应匹配。目前仍无法研制出一种能在各类海洋环境下均满足水声业务指标的水声通信机,更难以在全天候条件下实现大规模、稳健可靠的水声通信组网... 详细信息

海洋环境大动态变化特性导致水声信道复杂的时-空-频变,传统水声通信技术难以有效地与之自适应匹配。目前仍无法研制出一种能在各类海洋环境下均满足水声业务指标的水声通信机,更难以在全天候条件下实现大规模、稳健可靠的水声通信组网应用。近年来,人工智能和大数据的迅速发展,为突破传统水声通信技术瓶颈、建设海洋物联网带来新思路。本文对国内外利用人工智能技术解决水声通信难题的研究状况进行了概述,结合水声信道特性梳理了水声通信领域应用人工智能技术的主要思路,围绕人工智能技术从水声通信物理层和网络层两方面进行归纳,最后对未来的人工智能与水声通信交叉研究进行总结展望。

关键词：水声声通信水声通信人工智能水下通信机器学习深度学习海洋物联网

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一种高频单载波水声通信系统的解调方法

一种高频单载波水声通信系统的解调方法

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中国声学学会水声学分会2021～2022年学术会议

作者：肖芳贵涂星滨黄龙飞许肖梅厦门大学海洋与地球学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学) 浙江大学海洋学院

水声信道具有严重的多径与多普勒效应。高频水声通信由于其较大的带宽,成为高速水声通信发展的重要方向。本文将频域判决反馈均衡算法与分组相位校正算法相结合,提出了一种高频单载波水声通信系统的信号解调方法。水池和海域实验验证了... 详细信息

水声信道具有严重的多径与多普勒效应。高频水声通信由于其较大的带宽,成为高速水声通信发展的重要方向。本文将频域判决反馈均衡算法与分组相位校正算法相结合,提出了一种高频单载波水声通信系统的信号解调方法。水池和海域实验验证了该方法的有效性。同时,对比了水池和海域不同信道下该方法的性能,实验结果表明:该方法在弱多径、强多普勒扩展的海域信道下性能更佳。

关键词：水声通信解调多径多普勒

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面向长时水声通信数据采集与评估的浮标设计与实现

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数字海洋与水下攻防 2022年第4期5卷 279-284页

作者：杨逍宇马伯乐周跃海陈东升童峰厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室厦门大学海洋与地球学院中国人民解放军91937部队

复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性，特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响，对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展，为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是，由于水声信... 详细信息

复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性，特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响，对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展，为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是，由于水声信道复杂多变、缺乏普适模型，从机器学习角度而言水声通信数据样本严重不足，传统单次、短时水声通信实验采集的数据无法充分表征水声信道空间、时间特性。通过长期部署水声通信及信号采集设备，可望在一定程度上丰富通信数据，为典型海域下人工智能水声通信研究提供数据支持。设计并实现了一种浅海水声通信浮标，搭载水声通信系统可实现长时浅海水声通信数据采集、性能评估，同时依托北斗系统具备远程状态显示、功能控制功能。厦门港海域实验表明，依托浮标采集的长时水声通信数据可开展水声通信性能评估、信道特性与通信性能关联度分析，为下一步工作打下了良好的基础。

关键词：水声通信浮标浅海环境人工智能

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面向多说话人分离的深度学习麦克风阵列语音增强

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电子技术应用 2022年第5期48卷 31-36页

作者：张家扬童峰陈东升黄惠祥厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室福建厦门361005 厦门大学海洋与地球学院福建厦门361005 厦门大学深圳研究院广东深圳518000

随着近年来人机语音交互场景不断增加,利用麦克风阵列语音增强提高语音质量成为研究热点之一。与环境噪声不同,多说话人分离场景下干扰说话人语音与目标说话人同为语音信号,呈现类似的时、频特性,对传统麦克风阵列语音增强技术提出更高... 详细信息

随着近年来人机语音交互场景不断增加,利用麦克风阵列语音增强提高语音质量成为研究热点之一。与环境噪声不同,多说话人分离场景下干扰说话人语音与目标说话人同为语音信号,呈现类似的时、频特性,对传统麦克风阵列语音增强技术提出更高的挑战。针对多说话人分离场景,基于深度学习网络构建麦阵空间响应代价函数并进行优化,通过深度学习模型训练设计麦克风阵列期望空间传输特性,从而通过改善波束指向性能提高分离效果。仿真和实验结果表明,该方法有效提高了多说话人分离性能。

关键词：深度学习麦克风阵列波束形成 LSTM

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