水声技术重点实验室稳定支持计划
2021 年度项目申报指南通知
为了贯彻国家创新驱动发展战略,推动水声领域基础研究和技术自主创新，发挥重点实验室“学科融合、协同合作”的发展目标，吸引更多、更好的行业人才到实验室工作与交流，培养高层次水声人才，2021年度水声技术重点实验室稳定支持计划项目申报正式启动。本专项是以开展前瞻性、探索性、创新性水声技术基础研究为主，兼顾应用基础研究、水声关键技术攻关的重要科研基地。水声技术重点实验室基金课题紧密围绕水声物理研究、水声探测定位与识别技术研究、水声换能器新原理与新技术研究、水下信息网络与协同探测技术研究等实验室科研发展方向，鼓励探索水声技术新原理、新方法，不断推动水声技术的科技创新，支持开展关键技术攻关，解决水声领域重大基础科学问题，加速实现科研成果的转化及应用。
2021年度水声技术重点实验室项目申报指南具体如下：
题目一 水下非高斯噪声抑制技术研究
研究内容：针对舰船辐射噪声连续谱与线谱相互耦合导致现有舰船目标识别率低的问题，项目对舰船辐射噪声源中线谱与连续谱实现解耦；重点关注舰船辐射噪声谱的时变特性，建立时变特征模型，提高舰船目标的识别精度与可靠性。
技术指标：
1．非高斯噪声环境信混比 ,目标回波增强不低于5dB；
2．信号预处理算法具有自适应性，当环境噪声发生改变，预处理算法能自适应调整算法参数，实现回波信号增强效果。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目二 无人移动平台被动声纳目标探测技术
研究内容：针对平台运动影响水下无人平台被动声纳远场目标方位估计性能的问题，通过研究平台运动对接收目标信号的影响，建立平台运动条件下的被动声纳接收模型；以此为基础，开展信源数估计技术研究，为目标方位估计奠定基础；开展高分辨方位估计技术研究，以实现高精度、高分辨、无左右舷模糊的目标方位估计，提升无人移动平台被动声纳对远场弱目标的探测性能。
技术指标：利用提出的方位估计方法，使方位估计精度提升不小于10 %。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目三 前视声呐水下小目标智能识别技术研究
研究内容：针对浅水环境下对小目标的探测与识别问题，开展基于前视声纳图像的目标检测与识别技术研究。通过人工智能检测识别技术的研究，为水下目标的自动识别技术发展提供参考依据。
技术指标：
1．构建多种目标的数据库，目标种类不少于5种（不同材料、几何形状）；
2．选用适合的人工智能算法，建立准确与迅速的自动目标检测识别模型；
3． 浅水环境下，对距离不小于10m的目标，探测率≥80%，识别成功率≥80%。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目四 基于磁感应的跨域通信系统设计研究
研究内容：在跨越空气-水进行通信时，由于两种介质之间的物理特性差异，声波通信系统不可行。而空气和水具有相似的磁导率，故磁场在空气-水界面上的衰减小，水中的穿透深度深。面对跨域通信的需求，开展基于磁场的跨域通信系统设计，突破不同介质之间对通信的限制，实现水下水上实时通信的目的。
技术指标：发射功率：≤200mW；通信距离30m@通信速率10kbps；工作水深（淡水）：≤5m；发射/接收系统重量：≤5kg（空气中）。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目五 水下无线充电技术与信息传输协同研究
研究内容：UUV进行水下无线充电过程中，水下无线充电桩可以作为水下通信基站与UUV进行单向通信，发出下次出航作业指令，实现能量和信息同步传输。在充电桩的发射端增设解调电路，UUV的接收端增设调制电路，实现在未充电时UUV向水下通信基站传输执行任务时所采集的信息，完成双向通信。主要围绕四个方面展开研究：水下无线充电中能量和信息同步传输机理研究与实现；水下无线能量和信息传输中耦合线圈的设计与研究；UUV水下无线充电双向通信控制策略研究；水下无线传输信息解调算法研究。
技术指标：水下无线充电传输效率达到85%及以上；实现1Mbps传输速率的水下能量和信息同步传输；水下信息解码成功率达到90%及以上。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目六 海洋环境下的量子通信协议研究
研究内容：针对海洋信道复杂多变的特性对水下量子通信造成严重影响，通过对海洋信道的建模，考虑不同噪声信道对量子通信协议性能的影响，进而优化协议，提高协议性能。同时，考虑利用量子的特性构建覆盖范围广、通信速率高的安全海洋量子通信网络。
技术指标：水下无线充电传输效率达到85%及以上；实现1Mbps传输速率的水下能量和信息同步传输；水下信息解码成功率达到90%及以上。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目七 水下UUV编队协同探测技术
研究内容：面向较大范围的目标探测应用场合，研究应用移动UUV平台进行目标探测与识别。重点主要研究基于人工智能的典型目标识别技术和水声弱通信条件的多UUV编队鲁棒控制方法，最终实现复杂场景下的协同目标探测。
技术指标：
1. 基于弱水声通信下实现3台UUV协同编队；
2. 自主识别抵近目标，识别正确率不低于85%。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目八 基于回波精细特征的目标识别技术研究
研究内容：为了提高声纳系统的目标识别能力，迫切需要获取目标的精细特征，以适应水下复杂对抗环境。研究主动声纳的高分辨微多普勒提取技术，通过对回波的精细分析，利用目标壳体振动对回波产生的调幅、调频效应，提取回波的幅度调制、频率调制等目标精细特征，并设计相应的目标识别方法，为声纳目标识别提供新手段。
技术指标：对拖曳式诱饵和真实潜艇的识别准确率提升20%以上。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目九 非合作水声通信信号侦察分析技术
研究内容：针对对UUV平台破网断链的需求，开展多域联合处理的非合作水声通信信号检测，基于多维特征和机器学习的水声通信信号辨识及参数估计等技术研究，形成对非合作水声通信信号的自主辨识能力，研制水声通信侦察实时分析处理软件，完成湖上试验验证，为反UUV作战决策指挥和对抗提供技术支持。
技术指标：
1．具备对水声通信信号的自主辨识能力，对通信信号和非通信信号进行自主判别；可对不少于4种通信信号（FSK、PSK、OFDM、DSSS等）进行类间识别，正确率不小于85%；
2．对10kHz-30kHz频带内的主动声纳信号、水声通信信号等进行截获、识别、测量和分析，对典型发射源级185dB、频率20kHz的水声通信信号侦察距离不小于6.5km，截获概率不小于90%；
3. 参数估计：水声通信信号载频估计精度优于5%; 水声通信信号码元速率估计精度优于5%；水声通信信号带宽估计精度优于15%。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十 水下小目标非线性被动声检测方法研究
研究内容：针对水下运动小目标声辐射噪声低、尺度小、不易探测等特点，开展非线性被动声检测方法研究。研究运动小目标辐射噪声的非线性特征，得到基于熵的被动接收小目标信号的特征提取方法，突破低信噪比条件下小目标微弱特征提取等关键技术。利用混沌振子对周期信号的高度敏感性和对高斯噪声的免疫性，研究运动小目标被动信号混沌振子检测技术，并进行仿真试验和实航数据验证，实现基于非线性方法下水下典型运动小目标的被动探测，为水下反 UUV 等水声设备研制提供技术基础。
技术指标：
1．提出基于熵的被动小目标信号特征提取方法；
2．对于辐射噪声谱级105dB的目标，检测距离不小于500米。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十一 浅海近岸甚低频海洋环境噪声场建模及特性研究
研究内容：围绕提升甚低频段目标探测以及水声设备环境适应性能力的需求，仿真分析不同要素对浅海近岸甚低频段海洋环境噪声的影响，研究浅海近岸甚低频段海洋环境噪声及同步环境观测技术，结合海上实测数据，建立基于数据驱动的浅海近岸甚低频海洋环境噪声关联关系模型，为水下目标识别和水声设备提供海洋环境信息支撑。
技术指标：
1．海洋环境噪声研究频率覆盖5Hz-100Hz频段；
2. 建立行船、海流、波浪等要素影响下的海洋环境噪声模型。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十二 海底水声—地震波七分量感知与高维处理关键技术
研究内容：通过水声与地震波七分量同步共点测量与处理，实现海底环境感知辨识与水下目标探测识别，开展海底声震七分量感知、声震七分量信号建模、 多分量海底横波反演、波场分离与干扰抑制、声震七分量高维处理、海底声震七分量海试验证等研究和验证工作。
技术指标：
1．实现海底声波四分量信号和地震波三分量信号的同步共点感知；面向环境感知辨识与目标探测识别实现多分量信号表征和处理，完成海底声震七分量信号感知与信息处理系统原理样机的研制；
2. 工作频带0.1—100Hz，灵敏度≥-200dB re 1v/μPa，自噪声≤50dB re 1μPa；
3．与声压相比，声震七分量处理增益≥5dB；
4. 海底浅层横波速度反演误差≤横波速度真值的10%；
5. 样机工作水深不小于200m。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十三 海底地貌近底三维声呐观测与应用
研究内容：针对高时空分辨率海底地貌数据的获取与应用这一需求，研制一种可搭载近底三维声呐的海底基原位观测平台，在中国近浅海地貌高活动性区域开展观测平台的综合海上测试与应用，研发近底三维地貌声呐数据的关键处理、分析和挖掘技术，形成系统的海底地貌近底声呐观测与研究的手段与技术方案。
技术指标：研制一款可搭载近底三维声呐的海底基原位观测平台，平台的仪器仓距底部高度≥1 m，平台可在流速≥0.5 m/s的海洋环境下保持稳定；搭载的近底三维声呐的波束脚印≤1°，测量的空间分辨率优于1 cm，重复测量的时间分辨率优于0.5 h，可探测的面积≥1 m2，电池仓可连续供电≥7天；近底三维声呐的海上测试与应用数据≥7天；研发的三维声呐处理、分析和挖掘技术可实现数据的去噪、频谱分析和多期次地形演变分析。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十四 单比特采样水声信号的恢复与参数估计方法研究
研究内容：针对大规模分布式水下探测系统系统复杂、数据量大、数据传输存储困难的现状，开展单比特体制下的水声信号处理方法研究，突破单比特体制下信号波形恢复、单比特采集信号希尔伯特变换以及基于单比特信号的水下目标波达角及定位估计等关键技术，形成单比特体制下水声信号较为完整的采集与处理框架，为构建大规模分布式的水下探测系统提供理论基础和技术支撑。 主要研究内容包括：（1） 单比特采样信号的原始波形恢复方法；（2） 单比特采样信号的希尔伯特变换方法；（3） 基于单比特采样信号的水下目标波达角估计及定位方法研究；（4） 深度学习框架下的信号波形恢复及参数估计方法。
技术指标：
1．提出单比特采样水声信号的原始波形恢复及参数估计方法；
2．对于典型的声纳发射信号波形，基于单比特采样序列恢复的波形与原始波形的相关性 ≥ 0.8；
3. 仿真条件下基于单比特信号的水下定位相对误差小于5%，波达角估计误差小于3°。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十五 南海北部海湾深槽区环境噪声统计特性研究
研究内容：以湛江湾的典型深槽区为关键工作地点，采用被动声学测量的方式测试该区域的海洋环境噪声，研究其影响因素的相互作用机制，获取湛江湾主干潮流深槽区不同季节不同潮时不同地貌部位不同水深的海洋环境噪声统计特性，开展湛江湾主干潮流深槽区海洋环境噪声监测、处理技术理论研究及模型研究。
技术指标：
1.构建研究区海洋环境噪声的时空统计特性库，开发海洋环境噪声分析和统计模型及数据分析软件平台；
2.提供海洋环境噪声统计特性与自然和人为因素的相关性结论报告。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十六 基于特征空间一致性的类声呐图像扩展方法研究
研究内容：基于声呐图像的特征分析，研究基于特征空间一致性的类声呐图像扩充技术，构建高质量、高数量、泛化性好的类声呐图像数据库，并在其基础上训练下游任务模型验证有效性。开展声呐图像数据特征空间研究、基于特征空间一致性的类声呐图像扩充方法研究、类声呐图像数据库构建和有效性验证研究。
技术指标：
1．基于原始声呐数据库，可以构建样本数量10倍以上的类声呐图像数据库；
2．基于类声呐图像数据库，可提高目标检测平均准确率10%以上。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十七 时-空-频信息融合目标探测与识别技术研究
研究内容：面向复杂背景中弱目标探测需求，拟研究多频回波信号的时-空-频关联机制，通过目标信息融合技术对水下目标回波信号的时空信息和时频信息进行融合处理，提升水声图像中目标与背景的对比度，实现复杂混响背景中弱目标的精确探测与识别。
技术指标：
1．构建水下目标探测与识别数据集：数据量>5GB；
2．真实环境下水下弱目标的识别精度达到>80%。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
题目十八基于瞬态直达波外推的有限空间低频测量技术研究
研究内容：建立一套基于瞬态直达波形外推技术的低频测量方法，用于拓展有限空间水域条件下的低频测量下限；利用该方法，测量拓展频率范围内的（矢量）水听器自由场声压灵敏度。
1．研究基于瞬态直达波外推的理论方法；
2．研究该方法的适用条件，以及影响该方法测量精度的各类因素；
3. 研究基于该技术的（矢量）水听器低频自由场声压灵敏度测量方法。
技术指标：
1．拓展典型有限空间测量环境的频率下限不小于10%；
2．针对（矢量）水听器的自由场声压灵敏度，拓展频率范围的测量误差与已知方法相比，不高于±2dB。
申报要求：申报本题目需包含上述所有研究内容及技术指标；预计支持20-30万元。
请申请人于2021年12月6日前将申请书交到水声技术重点实验室管理办公室。
联系人：姜老师
联系电话：0451-82518584 18846092763
附件：2021年水声技术重点实验室稳定支持计划项目申请书模板
哈尔滨工程大学
水声技术重点实验室
2021年11月29日
