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多波束声呐显控软件设计与目标跟踪算法研究

摘要

多波束声呐在军事战略和海洋探索方面有着较高的可研究性，其中多波束前视成像

声呐在对敌军的检测、识别、告警、跟踪等任务中发挥重大作用，多波束测深声呐在海

底资源开发，地形地貌测量方面不可替代。

国内外多波束声呐显控软件大多包含采集，成像，控制，数据处理等功能，但在工

作参数调整方面不灵活，本文研究的显控软件可适配大多数型号不同而测量任务相同的

多波束声呐，同时本文还研究了目标检测与跟踪方法，寻求在复杂水下环境下实时性与

鲁棒性都较优的方法，显控软件通过嵌入算法，实现目标实时检测与跟踪。

显控软件主体架构采用多线程和线程池技术，合理分配线程执行各模块任务，软件

在对多数据源可视化时保持较高的实时刷新率，显控软件与声呐设备主要通过网络进行

通信，采用TCP/IP协议技术，显控软件作为服务器，通过网络通信实现对声呐设备的

控制与数据接收。

网络数据经分包和处理后，建立合适的坐标系统，结合坐标系参数方程和声呐的工

作状态，软件可同时显示多通道数据波形和多波束声呐图像，其中声呐图像采用伪彩绘

图，经过拉格朗日插值与高斯滤波后，图像更加细腻平滑。

结合应用场景，显控软件具备目标检测与跟踪功能，因此本文主要研究了预处理、

目标检测和目标跟踪方面的算法，经过理论分析与效果比较，得出高斯滤波与伽马变换

法较适合图像预处理阶段，VIBE背景建模方法在目标检测时鲁棒性较好，KCF方法实

时性最佳，同时在噪声环境具备较好的跟踪效果。

根据方法在真实场景的效果对比，前人研究存在一定不足，因此本文提出了多分域

背景建模和相关滤波(MD-BMCF)的目标检测与跟踪方法。基于以上研究，MD-BMCF方

法采用预处理、目标检测、目标跟踪的三阶段处理实现目标检测与跟踪，该方法改进了

基本方法的不足，大大提高了在复杂水下环境中的目标检测与跟踪的鲁棒性。

综合以上目标检测与跟踪方法研究，本文选择MD-BMCF方法嵌入显控软件中，利

用方法提出的多分域技术，采用多线程和线程池架构实现方法，在保证较好目标检测率

与准确跟踪效果前提下提高算法的并行效率。

关键词：多波束；显控软件；目标检测；目标跟踪；多分域背景建模和相关滤波

多波束声呐显控软件设计与目标跟踪算法研究

ABSTRACT

Multi-beamsonarhashighfeasibilityinmilitarystrategyandoceanexploration,with

multibeamforward-lookingimagingsonarplayingasignificantroleindetecting,identifying,

alerting,andtrackingenemyforces,whilemultibeamdepthsoundingsonarisirreplaceablein

underwaterresourcedevelopmentandterrainandtopographymeasurement.

Mostdomesticandforeignmulti-beamsonardisplayandcontrolsoftwareincludesfunctions

suchasacquisition,imaging,control,anddataprocessing,butlacksflexibilityinadjusting

workingparameters.Thisstudyfocusesondevelopingdisplayandcontrolsoftwarethatcanadapt

tomostmodelsofmulti-beamsonarwithsimilarmeasurementtasks.Additionally,thisstudyalso

investigatestargetdetectionandtrackingmethodsto