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水下小目标探测效能的动态评估方法

于志民 陈祥光 王仁忠

于志民, 陈祥光, 王仁忠. 水下小目标探测效能的动态评估方法[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(3): 1-10 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0026
引用本文: 于志民, 陈祥光, 王仁忠. 水下小目标探测效能的动态评估方法[J]. 水下无人系统学报, 2026, 34(3): 1-10 doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0026
YU Zhimin, CHEN Xiangguang, WANG Renzhong. Dynamic Evaluation Method for Underwater Small Target Detection Effectiveness[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0026
Citation: YU Zhimin, CHEN Xiangguang, WANG Renzhong. Dynamic Evaluation Method for Underwater Small Target Detection Effectiveness[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0026

水下小目标探测效能的动态评估方法

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0026
基金项目: 中华职业教育社第二届黄炎培职业教育思想研究规划课题重点项目黄炎培职业教育思想融入课程思政数智化创新实践研究(ZJS2024ZN034); 天津市船舶与海洋装备开放型产教融合实践中心项目(TC25990DR).
详细信息
    作者简介:

    于志民(1972-), 男, 教授, 研究方向为海洋工程装备技术, 水下无人能效评估等

  • 中图分类号: U666.4; TJ630.34

Dynamic Evaluation Method for Underwater Small Target Detection Effectiveness

  • 摘要: 水下小目标探测效能评估是保障海洋安全与资源开发的核心难题。传统静态评估方法依赖固定环境参数与单一指标, 难以反映算法在复杂时变海洋环境中的动态适应能力。针对这一瓶颈, 本文提出一种基于python的多指标融合的动态效能评估新方法。建立了环境耦合的动态检测概率模型, 将经典检测理论扩展至时变海洋环境; 将加权几何平均引入综合效能指数(CEI)建模; 设计并开发了水下探测动态评估系统(UDDES), 支持动态环境仿真、多算法并行测试与多维效能可视化分析。模拟实验结果表明, AI-Det的检测概率较传统波束形成(CBF)提升约99.8%; 在包含海况突变、SNR骤降的动态环境应激测试中, AI-Det的综合效能指数(CEI)均值较CBF提升36.5%, 鲁棒性系数提高44.8%, 跟踪稳定度误差降低55.3%。研究表明, 所提框架与系统有效解决了传统静态评估无法量化动态性能演化的问题, 为水下探测算法的闭环测试、优化选型及效能预测提供了系统的理论方法与工程工具。

     

  • 图  1  水下探测动态评估系统技术路线图

    Figure  1.  Technical roadmap of the underwater detection dynamic evaluation system

    图  2  水下小目标探测效能评估系统

    Figure  2.  Underwater small target detection effectiveness evaluation system

    图  3  AI-Det算法的ROC曲线

    Figure  3.  ROC of the AI-Det algorithm

    图  4  动态环境应激测试图

    Figure  4.  Dynamic environment stress test graph

    图  5  复杂任务仿真

    Figure  5.  Complex Mission Simulation Supported

    表  1  UDDES系统技术架构与实现方案

    Table  1.   Technical architecture and implementation scheme of the UDDES system

    架构分层核心模块技术选型/实现方案关键指标
    前端展示层GUI界面PyQt5 + QCustomPlot刷新率≥20 fps
    业务逻辑层场景设定、算法调度、效能解算Python3.9 + NumPy/SciPy并行测试≥4算法
    环境仿真引擎声传播、噪声场、海况建模Bellhop + 数据修正更新步长0.1 s
    数据持久层实验数据、算法库、配置管理SQLite + HDF5单次实验数据量≤200 MB
    计算加速层并行计算、代理模型推理multiprocessing + ONNX Runtime代理模型推理≤0.5 ms
    下载: 导出CSV

    表  2  动态环境应激测试中各算法个体效能指标对比(均值±标准差)

    Table  2.   Comparison of individual effectiveness metrics of algorithms in the dynamic environment stress test (mean ± standard deviation)

    算法检测概率识别率跟踪稳定度鲁棒性系数
    CBF0.63 ± 0.210.51 ± 0.180.47 ± 0.150.58 ± 0.22
    SAS0.74 ± 0.160.68 ± 0.140.33 ± 0.110.71 ± 0.18
    AI-Det0.86 ± 0.090.79 ± 0.100.21 ± 0.060.84 ± 0.12
    *注: 跟踪稳定度定义为轨迹预测均方根误差(归一化后), 数值越小代表跟踪越稳定; 鲁棒性系数定义为环境突变后性能恢复速率与保持水平的加权综合值
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2026-01-22
  • 修回日期:  2026-02-23
  • 录用日期:  2026-03-09
  • 网络出版日期:  2026-05-19
图(5) / 表(2)

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