分布式光纤水听器将光纤作为水下声波换能器阵列，是近年来发展的新型水听器技术，具有阵列灵活重构、易于大规模组网、湿端全自动制备等独特优势，得到了国内外相关领域的重点关注。介绍了分布式光纤水听器的基本传感原理与典型的信号解调方法，梳理了声压灵敏度、系统等效噪声、响应方向性、动态范围等分布式光纤水听器的重要性能指标与研究进展，并介绍了近年来分布式光纤水听器技术的应用概况。最后，对存在的问题与未来发展趋势进行了总结和展望。

海洋生物相互聚集形成遮挡现象是误检和漏检的重要原因。为了解决这个问题，提出一种采用样本迭代融合辅助网络训练的海洋生物检测方法。首先，选用改进后的深度空洞残差结构作为特征提取网络，提升了网络的特征提取能力；然后，结合海洋生物图像目标遮挡、密集的特点，改进损失函数避免发生误检、漏检现象；最后，为了进一步解决目标遮挡、数据不平衡的问题，提出样本迭代融合方法，生成模拟图像扩充训练集，提高了网络训练的有效性和对小样本量海洋生物的检测能力。实验结果表明，所提海洋生物检测方法在URPC2018和台湾鱼类数据集上的准确率分别达91.36%和90.27%，检测准确率和速度高于现有目标检测算法。

针对常规目标检测器检测水下目标时存在特征提取困难、目标漏检等问题，提出一种改进CenterNet的水下目标检测算法。首先，使用高分辨率人体姿态估计网络HRNet代替CenterNet模型中的Hourglass-104骨干网络，降低模型参数量，提升网络推理速度；其次，引入瓶颈注意力模块，在空间维度及通道维度进行特征增强，使网络关注重要目标特征信息，提高检测精度；最后，构建特征融合模块，融合网络内部丰富的语义信息和空间位置信息，并利用感受野模块增强融合后的特征，提高网络多尺度目标检测能力。在URPU水下目标检测数据集上进行实验，与CenterNet相比，所提算法的检测精度可达77.4%，提升1.5个百分点，检测速度为7 frame/s，提升35.6%，参数量为30.4 MB，压缩84.1%，同时与其他主流目标检测算法相比具有更高的检测精度，在水下目标检测任务上更具优势。

在激光雷达的水下目标探测中, 浑浊水体中悬浮颗粒对激光的吸收和散射作用, 使得激光在水中的传输严重衰减。尤其是后向散射所造成的噪声会降低目标对比度甚至淹没信号回波。载波调制技术可以有效抑制后向散射, 提高目标回波信号的信噪比。文章将布尔混沌信号作为载波调制信号, 基于其内禀高频强度调制特性, 构建了布尔混沌调制激光雷达水下成像系统, 并在实验室水箱环境下, 对衰减系数不同的浑浊水体中的目标物体进行了三维成像实验研究, 对比了不同水质中的目标物体三维成像效果。

水声目标的特征相似和海洋环境噪声的多变，使得非负矩阵分解(NMF)算法的信号增强效果不佳。为此，提出基于改进NMF的增强算法，该算法一方面使用实际海洋环境噪声实时更新背景噪声基矩阵，以增强基向量的匹配性，另一方面对特征基矩阵进行相似检测去冗余，以消除系数分散造成的基向量丢失，最后构建增强滤波器实现目标信号的重构增强。实验结果表明，相比于正则化NMF算法、改进正交匹配追踪方法，所提算法取得最优的信号增强效果，并通过实测数据轴频提取实验结果进一步验证了所提算法的有效性。

主动声呐目标回波受海洋环境噪声干扰严重, 远距离探测回波信号弱, 目标方位估计准确度低, 并且传统基阵空间谱估计方法需要满足奈奎斯特采样率, 采集数据量大。利用信号的空域稀疏性, 以回波信号亮点模型为基础, 研究了基于压缩感知的空间虚拟阵列目标方位估计技术。在接收基阵物理孔径有限的情况下, 利用线性预测(LP)虚拟阵列方法提高阵列孔径尺度, 采用压缩感知(CS)算法对目标回波信号进行重构与恢复, 通过数据仿真分析表明该算法提高了基阵空间谱估计的分辨力, 有效地抑制了噪声干扰。

针对水下场景目标探测图像质量退化问题, 提出了一种自适应计算水体衰减系数暗通道融合多尺度Retinex(Multi-scale Retinex, MSR)的复原算法, 有效实现了水下目标的复原。通过搭建的水下成像测量装置, 借助成像系统获取水下模拟环境的探测图像, 对水下探测图像按照算法流程图逐步处理, 得到了有效复原水下目标辐射信息的图像。为客观评价算法的效果, 采用对比度、平均梯度与信息熵作为定量评价指标因子, 对该算法与常规三种算法进行了定量对比研究, 结果表明, 该算法处理结果各项定量评价指标因子均优于选取的对比算法。研究结果为水下目标探测提供了基础理论探索方法, 对水下目标探测实施开展具有一定的指导意义。

对水下图像预处理和目标检测识别、跟踪关键技术进行了详细的归纳总结。根据是否需要构建模型,将水下图像预处理分为图像增强和图像复原,论述了增强和复原方法的基本思想及方法特点。对水下光学图像的目标检测识别与跟踪原理和方法的研究进展进行全面阐述。通过对以上各个过程研究成果的总结分析,梳理了水下目标探测各关键技术中存在的重点解决问题与相关难点问题,讨论了其解决思路和进一步发展方向。

借助偏振成像可以增强水下目标的探测效果。传统的偏振成像方法需要光学检偏器的机械转动来实现, 这限制了其在水下的实时探测性能。采用基于像素偏振片阵列图像传感器开发的相机设计了一种水下实时成像系统。系统通过阵列上排布的四向微偏振片一次性捕获四向偏振图像, 从而全局估算背景杂散光的偏振角和偏振度。然后利用偏振信息反解得到杂散光光强, 最后借助水下成像物理模型得到去散射后的目标增强图像。实验结果表明, 将像素偏振片阵列图像传感器应用到水下成像能够有效增强水下图像的对比度, 且成像处理过程实时快速, 进一步提高了水下目标的探测效率。