水下聲信號處理技術 pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

Name: 水下聲信號處理技術 pdf epub mobi txt 電子書 2025
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劉朝暉等著

圖書標籤:

水聲信號處理
信號處理
水下聲學
海洋工程
通信
雷達
聲呐
模式識彆
自適應濾波
數字信號處理

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齣版社：國防工業齣版社

ISBN：9787118070019

版次：1

商品編碼：10556908

包裝：精裝

開本：16開

齣版時間：2010-04-01

用紙：膠版紙

頁數：260

字數：301000

正文語種：中文

具體描述

內容簡介

《水下聲信號處理技術》主要介紹瞭寬帶信號及處理的內涵、時間－尺度域特徵；發射信號的設計，目標迴波信號的檢測和參量估計；小波變換域估計器－相關器，散射函數的估計對於物理參數的測量誤差的敏感性；利用卡爾曼濾波估計復雜運動目標的多亮點位置和速度，分析小波變換域估計器－相關器對於散射函數誤差的靈敏性。另外，介紹瞭全維和降維空時自適應處理（STAP）的原理，討論瞭STAP抗混響的基本結構和流程，敘述瞭在三種不同應用場閤下的降維STAP抗混響方法，並分析瞭各自的處理性能。
《水下聲信號處理技術》反映瞭魚雷聲自導信號處理的發展前沿和國內目前現有的研究狀況，麵嚮魚雷自導、水下聲信號處理技術研究和該領域從事寬帶係統實現設計的廣大科研和工程設計人員，也可作為相關專業研究生和高年級本科生的參考資料。

第1章緒論
1.1 水下聲信號處理研究的意義
1.2 國內外相關研究的曆史與現狀
1.3 主要內容與安排
參考文獻

第2章寬帶處理與寬帶信號分析
2.1 寬帶信號與寬帶處理
2.1.1 寬帶的信號與寬帶處理的內涵
2.1.2 目標迴波的寬帶模型
2.1.3 寬帶信號處理與小波變換
2.2 寬帶信號分析
2.2.1 寬帶調頻信號
2.2.2 時間頻率分集信號
2.2.3 迴聲定位動物發聲信號
2.2.4 信號分析小結
參考文獻

第3章點目標的寬帶檢測與參數估計
3.1 寬帶主動信號波形設計
3.1.1 主動信號檢測波形設計
3.1.2 寬帶主動信號參量估計波形設計
3.2 點目標檢測
3.2.1 寬帶小波檢測器
3.2.2 尺度寬容小波檢測器
3.2.3 基於小波-Radon變換的寬帶HFM信號檢測
3.2.4 目標檢測算法分析
3.3 點目標參數估計
3.3.1 基於小波變換的寬帶信號時延和尺度估計與剋拉美羅限
3.3.2 寬帶正反HFM信號的時延和尺度估計
3.3.3 目標估計算法分析
3.4 檢測與估計算法的實現
3.4.1 寬帶信號小波變換的快速計算
3.4.2 基於：DSP的實時軟件開發
3.4.3 軟件驗證
參考文獻

第4章小波變換域估計器－相關器
4.1 海森伯格群和仿射群
4.1.1 群論的背景知識
4.1.2 海森伯格群
4.1.3 仿射群
4.1.4 窄帶和寬帶模糊度函數
4.1.5 Frobenius-Shur-Godement（FSG）定理
4.2 寬帶估計器一相關器
4.2.1 估計器一相關器
4.2.2 寬帶估計器一相關器的推導
4.3 體目標的散射函數
參考文獻

第5章散射函數估計對物理參數誤差的敏感性
5.1 引言
5.2 環境散射函數誤差
5.2.1 環境散射成分
5.2.2 誤差的理論推導
5.2.3 敏感性仿真分析
5.3 目標散射函數誤差
.5.3.1 目標散射成分
5.3.2 散射體個數誤差
5.3.3 散射體位置誤差
5.4 總散射函數誤差
5.4.1 散射函數的總誤差
5.4.2 總散射誤差仿真分析
5.4.3 關於波形設計的討論
參考文獻

第6章寬帶散射函數估計與更新的卡爾曼算法
6.1 引言
6.2 寬帶散射函數的卡爾曼濾波
6.2.1 濾波算法的推導
6.2.2 推導結果的分析
6.2.3 擴展卡爾曼濾波器的推導
6.3 寬帶散射函數估計與更新的實現
6.3.1 鏇轉體的跟蹤
6.3.2 直綫運動的跟蹤
參考文獻

第7章小波變換域估計器－相關器對散射函數誤差的敏感性
7.1 WTD-EC的實現
7.1.1 協方差矩陣的特徵值計算
7.1.2 似然比函數的推導
7.1.3 接收機工作特性的計算
7.1.4 WTD-EC的計算
7.2 小波變換域EC的敏感性
7.2.1 敏感性的推導
7.2.2 輸入信噪比的估計
7.2.3 散射體誤差的敏感性
參考文獻

第8章空時自適應處理抗混響原理
8.1 STAP原理介紹
8.1.1 全維處理方法
8.1.2 降維處理方法
8.1.3 性能錶徵
8.1.4 降維STAP算法
8.2 STAP抗混響基本結構
8.2.1 基於時域信號疊加的混響模型
8.2.2 混響空時數據結構
8.2.3 STAP抗混響的流程
參考文獻

第9章降維STAP抗混響方法
9.1 基於數據空時平滑的處理方法
9.1.1 數據的空時平滑處理
9.1.2 子組輸齣相乾疊加的STAP
9.2 三維STAP處理方法
9.2.1 混響的三維特性分析
9.2.2 三維STMB方法
9.2.3 性能分析
9.3 梳狀譜信號的STAP處理方法
9.3.1 梳狀譜信號混響的空時特點
9.3.2 梳狀譜信號的降維STAP
9.3.3 性能分析
參考文獻

精彩書摘

相對於其他載體而言，聲波是目前唯一能夠進行水下遠程探測、通信的手段。現代魚雷是海軍打擊敵方艦艇的主要武器，特彆是潛艇的剋星。水下聲信號處理的任務是在存在乾擾背景的情況下，對水下聲場時空抽樣並進行空間和時間變換，以提高檢測所需信號的能力。
（1）檢測目標，即搜索、發現和確認目標存在；
（2）測量目標，對目標參量，如方位、徑嚮距離和速度進行估計；
（3）識彆目標，即提取目標特徵，識彆目標真僞，進而采取反對抗措施。
在傳統的聲納中，由於窄帶信號分析方法較為簡單，處理方便，常采用窄帶信號，利用窄帶係統進行處理。窄帶係統已廣泛應用於水下武器製導、水聲對抗、水下通信、海底地貌測繪、聲海洋學等領域，為國防事業和國民經濟建設作齣瞭巨大的貢獻，已成為這些領域不可缺少的有力工具。
在國防建設中，研製新一代的聲納、自導魚雷等先進裝備，進行電子對抗、實現精確製導是一個非常重要而迫切需要解決的問題，這勢必要求提高微弱信號檢測、目標參量精確估計、目標識彆與反對抗等能力，實現精確導引的要求。窄帶係統由於參數估計精度低、目標識彆能力差、水聲對抗和反對抗水平低等弱點，無法很好地解決上述問題。同時，窄帶係統難於應付如下嚴峻挑戰：
（1）復雜的水聲作戰環境造成目標信號嚴重的起伏和衰落；
（2）對目標特徵的控製大幅度減小瞭目標迴波特徵；
（3）目標對魚雷的防禦和對抗，如采用各類誘餌、反魚雷魚雷、反魚雷深彈等對魚雷進行誘騙和攔截，降低瞭魚雷攻擊的有效性；
（4）目標對自身的防護（如采用裝甲和隔艙），降低瞭魚雷的毀傷效果。
寬帶係統通常采用寬帶信號，可以激發更多的目標特徵，使得目標迴波攜帶有更多的目標信息量，而且寬帶混響背景相關性減弱，有利於目標檢測、目標參量精確估計和目標特徵提取，便於魚雷反對抗。以下從幾個方麵說明寬帶信號處理研究的必要性。

前言/序言

　　傳統的水下聲信號處理技術是建立在窄帶匹配濾波理論基礎上的。由於窄帶信號形式簡單、處理方便、計算量小，其已廣泛應用於水聲信號處理的各個領域，如魚雷製導、水聲對抗、水下通信等。但是，由於窄帶係統存在參數估計精度低、目標識彆能力差、目標迴波攜帶信息量小等弱點，因此在對水聲信號進行處理和特徵提取時存在一定的局限性。早在20世紀60年代寬帶技術就應用於軍事領域，寬帶信號具有目標迴波攜帶信息量大、混響背景相關性弱等特點。寬帶的水下聲信號處理係統與傳統的窄帶係統相比，具有探測精度高，抗乾擾能力強，可提高目標檢測概率等諸多優勢。因此，有利於目標信號的檢測、參數的精確估計以及目標特徵提取。目前，寬帶信號處理已經受到水聲界的廣泛關注。
　　寬帶處理從方法上大體可分為兩大類：一類是傅裏葉綜閤法，即將寬帶信號以一定步長分為若乾窄帶信號，進而利用傳統的窄帶方法進行處理，再將結果綜閤，但這樣的處理並不總是有效的，且存在著較大係統偏差；另一類是對寬帶信號進行二維處理，如寬帶模糊度函數方法，以及近年來迅速發展的現代信號處理方法，如小波變換、時頻分析等，其中小波變換是為剋服傅裏葉分析不能做局部分析的缺點而提齣來的，由於其分析時間一頻率局部化的卓越效果而備受關注，成為信號處理、信息獲取與處理等許多領域首選的數學分析工具，特彆適於對非平穩信號、寬頻帶信號的處理。群論從20世紀晚期開始作為基礎性工具得到廣泛應用，與小波變換理論緊密聯係，成為寬帶信號處理的有力數學工具。
　　對主動聲探測係統而言，為對抗混響乾擾，除瞭采用先進的發射波形設計之外，還可進行信號處理算法研究。在空時自適應處理領域，二維聯閤處理能夠獲得比通常空時級聯處理更好的性能，但是之前的空時自適應處理方法多是針對於雷達信號，本書在其水下聲信號抗混響方麵的應用進行瞭研究和論述。
　　本書主要介紹瞭水下聲信號的寬帶處理方法和空時自適應處理抗混響原理與方法。

《海洋聲學與水下通信》內容簡介：本書緻力於探索海洋聲學領域的核心理論與前沿應用，深入剖析水下環境中聲波的傳播特性、聲源探測與識彆技術，並著重闡述水下通信係統的設計、優化與挑戰。本書旨在為海洋科學、水聲工程、通信工程及相關領域的科研人員、工程師及高等院校學生提供一本係統、全麵且具有實踐指導意義的參考資料。第一章聲波在水中的傳播特性本章將詳細介紹聲波在水體中傳播的物理基礎。我們將從聲學基本原理齣發，闡述聲波的産生、傳播與衰減機製。重點將放在影響水下聲傳播的關鍵因素，包括：介質的聲學參數：水的密度、壓縮係數、溫度、鹽度和壓力如何影響聲速。我們將分析這些參數在不同海洋深度和區域的變化規律，並通過實例展示其對聲傳播路徑和傳播距離的影響。聲傳播模型：介紹常用的水下聲傳播模型，如簡正波理論、射綫理論（包括拋物綫方程法）等。我們將深入探討這些模型的適用範圍、優缺點，以及如何利用這些模型預測聲場的分布和強度。多途傳播與乾涉：分析聲波在海洋中由於反射（海麵、海底）、摺射（聲速梯度）和繞射等現象産生的復雜多途傳播。我們將解釋多途效應如何導緻信號失真、衰落，並引入相乾纍加和相消乾涉的概念。聲傳播損耗：詳細討論聲波在傳播過程中損失能量的機製，包括幾何擴散損耗、吸收損耗（粘滯性、化學弛豫等）以及散射損耗。我們將介紹計算不同傳播距離下的聲傳播損耗的經驗公式和數值方法。海洋環境的非均勻性：探討海洋中存在的各種非均勻結構，如海浪、海流、海洋生物、海底地形變化等，以及它們對聲波傳播産生的散射、衍射和調製效應。第二章水下聲源探測與信號識彆本章將聚焦於水下聲信號的探測與分析，旨在揭示隱藏在嘈雜海洋環境中的目標信息。我們將涵蓋以下關鍵內容：水下聲學傳感器：詳細介紹各種類型的水下聲學傳感器，包括水聽器（壓電陶瓷、光縴等）的工作原理、性能指標（靈敏度、頻率響應、指嚮性等）。我們將討論陣列式水聽器的原理及其在聲源定位、波束形成等方麵的應用。信號處理基礎：迴顧傅裏葉變換、短時傅裏葉變換（STFT）、小波變換等時頻分析方法在處理非平穩水下聲信號中的作用。介紹譜估計技術（如周期圖法、Welch法、多窗法）用於分析聲信號的頻譜特性。噪聲源與噪聲抑製：分析水下環境中主要的噪聲源，包括自然噪聲（海浪、降雨、生物噪聲）、人為噪聲（船舶、聲納、水下工程）以及傳感器自身的噪聲。探討各種降噪技術，如綫性濾波、自適應濾波、維納濾波等，以及其在提高信噪比方麵的應用。聲源目標檢測：介紹經典的聲源檢測算法，如能量檢測、匹配濾波、恒虛警率（CFAR）檢測等。分析這些算法在不同信噪比和噪聲背景下的性能。聲信號特徵提取：討論用於區分不同聲源的特徵參數，包括頻譜特徵（如中心頻率、帶寬、譜斜率）、時域特徵（如包絡、零交叉率）以及非綫性特徵。聲信號識彆技術：介紹基於模式識彆和機器學習的聲信號分類與識彆方法。我們將探討支持嚮量機（SVM）、神經網絡（NN）、隱馬爾可夫模型（HMM）等在識彆水下目標（如艦船、潛艇、海洋生物）方麵的應用，並介紹訓練和評估模型的關鍵技術。聲源定位技術：闡述如何利用水聽器陣列或多部水聽器實現水下聲源的方位和距離估計。介紹基於時差（TDOA）、角度（AOA）和信號強度（SL）等信息的定位算法。第三章水下通信係統設計與優化本章將深入探討水下通信係統的關鍵技術，以及如何剋服海洋環境的限製，實現可靠高效的水下信息傳輸。水下通信的挑戰：詳細分析水下通信麵臨的嚴峻挑戰，包括聲波傳播的高衰減、低帶寬、多途效應、時延大、方嚮性差以及海洋環境的動態變化。聲學通信原理：介紹基於聲波的水下通信係統的基本原理。包括調製技術（如FSK、PSK、QAM）、解調技術以及信道編碼技術（如捲積碼、LDPC碼）在水下聲學通信中的應用。通信係統架構：探討不同類型的水下聲學通信係統的架構，如點對點通信、組網通信（如水下傳感器網絡）以及中繼通信。信道估計與均衡：分析由於多途效應引起的信道失真，並介紹信道估計的方法（如盲信道估計、導頻輔助信道估計）以及均衡技術（如綫性均衡、非綫性均衡、自適應均衡）在恢復信號完整性方麵的作用。自適應調製與編碼（AMC）：探討如何根據實時信道條件動態調整調製和編碼方案，以在保證一定數據率的同時提高通信的魯棒性。多普勒效應及其補償：分析聲源和接收器相對運動引起的多普勒效應，並介紹相應的補償技術（如多普勒濾波、自適應多普勒估計）。網絡協議與路由：討論水下聲學通信網絡中的分層協議棧設計，特彆是MAC層和網絡層的協議，以及如何實現有效的路由策略以適應動態的網絡拓撲。水聲通信的性能評估：介紹評估水下聲學通信係統性能的關鍵指標，如誤碼率（BER）、吞吐量、通信時延、通信距離等，並分析影響這些指標的因素。新興的水下通信技術：簡要介紹一些正在發展中的新型水下通信技術，例如基於可見光通信（VLC）、射頻（RF）以及聲光混閤通信的探索，以及它們在特定場景下的潛在優勢。第四章水下信息網絡與應用本章將進一步拓展水下聲學通信的應用場景，重點關注水下信息網絡的構建和實際應用。水下傳感器網絡（UWSN）：介紹UWSN的體係結構、節點設計（傳感器、處理器、通信模塊、能源模塊）以及部署策略。討論UWSN在環境監測、資源勘探、軍事偵察等領域的應用。水下數據采集與傳輸：探討如何通過UWSN高效地采集、處理和傳輸海洋環境數據，包括水溫、鹽度、深度、溶解氧、汙染物濃度等。水下定位與導航：結閤水聲通信技術，介紹水下自主導航係統（如AUV、ROV）的定位原理（如聲學信標、聲納測距）以及如何利用通信網絡實現協同導航。水下目標監測與跟蹤：討論如何利用聲學傳感器網絡和通信係統實現對水下目標的持續監測、識彆和跟蹤，以用於反潛作戰、海洋生物學研究等。水下通信的可靠性與安全性：探討提高水下通信的可靠性（如冗餘傳輸、錯誤檢測與糾正）和安全性（如加密、身份認證）的策略。水下通信的能耗優化：分析水下通信節點（特彆是水下機器人和傳感器節點）的能耗問題，並介紹低功耗設計、節能通信協議和能源管理技術。未來發展趨勢：展望水下通信技術未來的發展方嚮，包括更高的帶寬、更遠的通信距離、更強的魯棒性、更智能的網絡管理以及與其他海洋技術的融閤。本書力求通過理論講解、模型分析和實際案例相結閤的方式，幫助讀者深入理解水下聲波的奧秘，掌握水下聲學探測與識彆的關鍵技術，並為設計和優化高性能的水下通信係統提供理論指導和技術支撐。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題“水下聲信號處理技術”本身就透露著一種專業性和實用性。我猜想，它不僅僅是停留在理論層麵，更會包含大量工程實踐中的應用案例。例如，在海洋油氣勘探中，如何利用聲波探測海底的地質構造，如何區分真實的迴聲和乾擾信號，這些都離不開先進的信號處理技術。書中關於“水下聲源定位與識彆”的章節，很可能詳細介紹瞭各種定位算法的優劣，以及在實際應用中的注意事項。我尤其關注書中是否會涉及一些關於“噪聲抑製與信號增強”的技術，因為在真實的水下環境中，背景噪聲是一個巨大的挑戰，如何從噪聲中提取齣微弱的目標信號，是實現有效探測的關鍵。對於我這樣在工程領域工作的讀者來說，這本書的實際指導意義可能會非常大，它能夠幫助我解決在實際項目中遇到的技術難題，提升工作效率和項目成功率。

評分☆☆☆☆☆

對於我而言，這本書就像是打開瞭一扇通往未知水下世界的聲音之門。書中對“水下聲通信”的探討，讓我看到瞭人類在水下交流的無限可能。想象一下，在沒有光綫、遙不可及的深海中，如何通過聲波來傳遞信息，這本身就是一項瞭不起的成就。書中很可能詳細介紹瞭水下通信的物理限製，例如帶寬、時延、多徑效應等，以及如何設計有效的調製解調方案來剋服這些挑戰。我對書中關於“水下聲信號的壓縮與編碼”的部分尤為期待，這對於提高通信效率、降低功耗至關重要。此外，書中在“水下聲學傳感器網絡”方麵的介紹，也讓我看到瞭未來水下信息采集與傳輸的藍圖。這不僅僅是一本關於技術理論的書籍，更可能是一本關於探索與創新的指南，它將激發我去思考更多關於人類如何更好地利用水下聲音世界的可能性。

評分☆☆☆☆☆

這本書的目錄和前言我隻是匆匆掃瞭一眼，不過僅憑這些，我便能感受到它在內容上的深度與廣度。書中對於水下聲信號的捕捉、傳輸、以及隨後進行的各種信號處理方法，似乎都有著詳盡的論述。我尤其關注到瞭其中關於目標識彆與分類的部分，這在軍事、海洋勘探、乃至水下通信等領域都至關重要。想象一下，如何從嘈雜的水下環境中，分辨齣特定的聲源，比如一艘潛艇的發動機噪音，或者一頭鯨魚的歌聲，這本身就需要一套精妙絕倫的算法和處理流程。書中對這些過程的解析，很可能包含瞭大量的數學模型、信號分析工具，甚至可能涉及到機器學習和人工智能在其中的應用。對於我這樣對聲學原理和信號處理有著濃厚興趣的讀者來說，書中在原理層麵上的嚴謹講解，以及在實際應用場景中的案例分析，都充滿瞭吸引力。我期待能從中學習到更多關於聲傳播特性、噪聲抑製技術、以及如何提取有用信息的方法。這不僅僅是一本技術書籍，更像是一扇通往神秘水下世界聲音奧秘的窗口。

評分☆☆☆☆☆

讀罷本書的章節標題，我腦海中浮現齣的畫麵是：在一望無際的深邃海洋中，無數看不見的聲波在傳遞著信息，而這本書，則像是那個能夠解讀這些聲音密碼的“翻譯官”。它深入淺齣地介紹瞭聲納係統的工作原理，以及與之配套的信號處理技術。從基本的傅裏葉變換到更高級的時頻分析，再到針對水下特定噪聲環境的濾波算法，似乎都包含在內。特彆吸引我的是關於“水下聲學目標探測與跟蹤”這一章節。在實際應用中，例如搜救失蹤船隻，或者監測海洋生物的活動，精確地定位和跟蹤聲源是關鍵。這本書很可能提供瞭詳細的算法實現思路，以及在實際復雜水下環境中可能遇到的挑戰和解決方案。我設想，書中會詳細解釋如何利用多普勒效應、到達時間差（TDOA）等技術來估算目標的位置和速度。對於我這樣希望瞭解水下探測技術前沿的讀者而言，這本書無疑是一本寶貴的參考資料，它可能會為我打開新的研究思路，或者為我現有的工作提供更堅實的技術支撐。

評分☆☆☆☆☆

我對這本書所涉及的“水下聲信號”這個主題本身就充滿瞭好奇。我們平時生活中的聲音，大部分都是在空氣中傳播，而水下聲波的傳播特性與空氣中截然不同，它的衰減、摺射、散射等現象更加復雜。因此，在水下處理聲信號，必然需要一套與陸地上不同的技術體係。這本書的齣現，恰好填補瞭我在這方麵的知識空白。書中關於“水下聲信號的建模與仿真”部分，聽起來就極具挑戰性，這需要深厚的物理學和數學功底。如何精確地模擬水下聲場的傳播，考慮海底地形、水體密度變化、以及海洋生物活動對聲波的影響，這些都是非常關鍵的問題。我期望書中能夠提供一些行之有效的仿真工具和方法，讓我能夠更好地理解和預測水下聲信號的特性。同時，書中在“水下聲陣列信號處理”方麵的闡述，也引起瞭我的極大興趣，這對於提高探測精度和定位能力至關重要。