BF:水下聲信號處理技術 劉朝暉 國防工業齣版社 9787118070019 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉朝暉 著

圖書標籤:

• 水下聲信號處理
• 聲學
• 信號處理
• 國防科技
• 劉朝暉
• 水下聲學
• 通信
• 雷達
• 海洋工程
• 國防工業齣版社

店鋪： 華裕京通圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118070019

商品編碼：29406675284

包裝：精裝

齣版時間：2010-04-01

基本信息

書名:水下聲信號處理技術

定價：52.00元

售價：41.6元

作者:劉朝暉

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2010-04-01

ISBN：9787118070019

字數：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

編輯推薦

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內容提要

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本書主要介紹瞭寬帶信號及處理的內涵、時間一尺度域特徵；發射信號的設計，目標迴波信號的檢測和參量估計；小波變換域估計器一相關器，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一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。
本書反映瞭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。

目錄

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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
　……
第4章　小波變換域估計器－相關器
第5章　散射函數估計對物理參數誤差的敏感性
第6章　寬帶散射函數估計與更新的卡爾曼算法
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
第8章　空時自適應處理抗混響原理
第9章　降維STAP護混響方法
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《水下聲信號處理技術》 圖書簡介 《水下聲信號處理技術》一書，由劉朝暉教授主編，國防工業齣版社齣版，ISBN號為9787118070019，是一部專注於水下聲信號處理領域深度探索的學術專著。本書旨在係統、全麵地闡述水下聲信號的特性、傳播機理、探測技術以及先進的信號處理方法，為讀者提供一個紮實的理論基礎和豐富的實踐指導。全書內容嚴謹，邏輯清晰，尤其適閤從事水聲工程、海洋探測、水下通信、聲納係統研發、海洋環境監測等領域的科研人員、工程師、高校師生以及相關技術愛好者閱讀。 第一章：緒論：水下聲學與信號處理的交匯 本章首先為讀者搭建起一個宏觀認識的平颱，深入淺齣地介紹瞭水下聲學研究的重要性和應用價值。從海洋的廣闊神秘到人類對海洋資源開發利用的日益增長的需求，水下聲學作為一種高效、可靠的信息獲取手段，其地位愈發凸顯。接著，本章將水下聲信號處理技術置於這一宏大背景下進行闡述，強調瞭信號處理在理解和利用水下聲學信息中的核心作用。 水下聲學研究的重要性與挑戰： 詳細闡述瞭水下聲學在軍事、科學研究、資源勘探、環境保護等諸多領域的關鍵作用。同時，也深刻剖析瞭水下聲學研究麵臨的獨特挑戰，例如信號衰減、混響、噪聲乾擾、傳播路徑復雜多變以及測量手段的局限性等，這些挑戰都極大地增加瞭水下聲信號的處理難度。 水下聲信號的特性與分類： 深入探討瞭水下聲信號的物理本質，包括其産生機製、傳播方式以及在不同介質和環境下的錶現。根據信號的來源和性質，對水下聲信號進行詳細分類，如自然噪聲（海浪、降雨、海洋生物等）、人為噪聲（船舶、聲納、水下作業等）以及目標信號（如潛艇、水雷、魚群等）。理解這些特性是後續處理的基礎。 信號處理在水下聲學中的作用： 強調瞭信號處理技術在提取、增強、識彆和解釋水下聲信號中的不可替代性。從早期的濾波、去噪，到現代的自適應信號處理、機器學習等，信號處理技術的發展直接推動瞭水下聲學應用水平的飛躍。 本書的研究內容與章節安排： 對全書的整體結構和各章節的研究重點進行簡要介紹，使讀者對本書的學習脈絡和內容框架有一個清晰的認識。 第二章：水下聲傳播模型與環境效應 本章是理解水下聲信號行為的關鍵。它係統地闡述瞭聲波在海水中的傳播規律，以及影響傳播的各種環境因素。 聲波在海水中的傳播規律： 詳細介紹瞭聲波在均勻介質中的基本傳播理論，如波動方程、聲壓、聲強等概念。在此基礎上，重點分析瞭海水介質的特性對聲波傳播的影響，包括密度、壓縮性、溫度、鹽度和壓力的變化如何影響聲速，進而影響聲波的傳播路徑和衰減。 聲傳播中的關鍵效應： 深入探討瞭多種影響水下聲傳播的關鍵物理現象。 衰減： 詳細闡述瞭聲波能量在傳播過程中因吸收和散射而損失的機製，包括分子吸收、粘滯吸收、粒子散射等，並介紹瞭不同頻率下衰減的差異。 反射與摺射： 分析瞭聲波在海水邊界（如海麵、海底）以及密度和聲速不均勻層（如溫躍層、鹽躍層）的反射和摺射現象，介紹瞭Snell定律在水下傳播中的應用。 衍射： 討論瞭聲波繞過障礙物或通過狹窄通道時的衍射現象。 混響： 詳細闡述瞭聲波在海底、海麵、水體內部以及海洋生物等多種目標上的散射和反射形成的混響，分析瞭混響的成因、特性以及對信號檢測的影響，這是水下聲信號處理中一個至關重要的挑戰。 影響水下聲傳播的環境因素： 海洋結構： 詳細分析瞭海洋內部的溫度、鹽度、壓力分層結構（如混閤層、溫躍層、深層水）對聲速剖麵的影響，以及聲速剖麵如何形成波導效應、聚焦區、陰影區等，進而影響聲波的傳播路徑和強度分布。 海底地貌與沉積物： 闡述瞭海底地形（如斜坡、海溝）和海底地質（如沙質、泥質、岩石）對聲波反射、散射和吸收的影響，不同海底性質造成的混響和衰減差異。 海麵狀態： 分析瞭海浪、泡沫等海麵因素對聲波傳播的影響，特彆是對近海麵信號的乾擾。 海洋生物： 討論瞭魚群、海洋哺乳動物等生物活動産生的聲學信號以及對聲波傳播的散射和吸收效應。 常用聲傳播模型： 介紹瞭目前在水下聲傳播研究中常用的模型，如射綫理論模型、簡正波理論模型、拋物方程模型等，並分析瞭它們各自的適用範圍、優缺點以及在工程應用中的價值。 第三章：水下聲信號的探測與測量 本章聚焦於水下聲信號的接收和原始數據的獲取，介紹常用的探測設備和測量技術。 水聽器： 詳細介紹瞭水下聲信號的傳感元件——水聽器。 工作原理： 闡述瞭壓電效應、磁緻伸縮效應等原理在水聽器中的應用。 類型與特性： 介紹瞭各種類型的水聽器，如圓柱形、球形、闆狀等，以及它們的頻率響應、指嚮性、靈敏度、噪聲特性等關鍵參數。 陣列水聽器： 重點介紹瞭綫性陣列、平麵陣列、三維陣列等水聽器陣列的構成、作用以及在提高信噪比、實現波束形成等方麵的優勢。 聲納係統： 介紹瞭水下聲信號探測的核心裝備——聲納係統。 主動聲納： 闡述瞭主動聲納的工作原理，包括發射聲波、接收迴波，以及如何根據迴波信息來探測和識彆目標。分析瞭其優點（如探測距離遠、目標信息豐富）和缺點（如易暴露自身）。 被動聲納： 闡述瞭被動聲納的工作原理，即隻接收目標自身發齣的聲信號，以及如何根據接收信號來識彆和定位目標。分析瞭其優點（如隱蔽性好、探測範圍廣）和缺點（如依賴目標主動輻射聲信號、易受環境噪聲乾擾）。 聲納係統的組成： 介紹瞭聲納係統的一般組成部分，包括換能器（收發一體）、發射機、接收機、信號處理器、顯示與記錄設備等。 水聲通信係統： 介紹瞭水下聲信號作為通信媒介的應用，包括水聲通信係統的基本原理、組成以及數據傳輸方式。 測量技術與實驗方法： 探討瞭在實際海洋環境中進行水聲信號測量的技術細節，包括測量平颱的選擇（船舶、AUV、ROV等）、數據采集與存儲、實驗設計等。 第四章：水下聲信號的預處理與增強 本章是信號處理的起點，介紹瞭如何對原始水下聲信號進行有效的預處理，以提高信號質量，為後續分析打下基礎。 信號采集與數字化： 講解瞭模擬信號轉換為數字信號的過程，包括采樣率、量化深度等關鍵參數的選擇，以及數字信號處理的優勢。 濾波技術： 時域濾波： 介紹瞭移動平均濾波、中值濾波等簡單濾波方法。 頻域濾波： 詳細闡述瞭低通、高通、帶通、帶阻濾波器在去除特定頻段噪聲方麵的應用，以及FFT（快速傅裏葉變換）在頻域分析中的作用。 自適應濾波： 重點介紹瞭LMS（最小均方）算法、RLS（遞歸最小二乘）算法等自適應濾波器的原理與應用，它們能夠根據噪聲特性動態調整濾波器參數，對時變噪聲具有良好的抑製效果。 噪聲抑製技術： 信號增強： 介紹瞭譜減法、維納濾波等經典的信號增強算法，用於提升目標信號在噪聲背景下的可懂度。 波束形成技術： 詳細闡述瞭水聽器陣列如何通過空間濾波來抑製非定嚮噪聲，增強來自特定方嚮的目標信號。介紹瞭延遲-疊加波束形成、LCMV（綫性約束最小方差）波束形成等技術。 信號去混響： 針對水下聲信號特有的混響問題，介紹瞭相關的去混響技術，如基於時域或頻域的濾波方法、迭代算法等。 時頻分析： 介紹瞭短時傅裏葉變換（STFT）、小波變換等時頻分析工具，它們能夠捕捉信號隨時間變化的頻率特性，對於分析非平穩的水下聲信號（如調製信號、生物信號）尤為重要。 第五章：水下聲信號的識彆與分類 本章將深入探討如何從復雜的海洋背景中提取有用的信息，並對目標進行準確的識彆和分類。 目標信號的特徵提取： 時域特徵： 如幅度、能量、包絡、過零率等。 頻域特徵： 如基頻、諧波、頻譜包絡、譜亮度等。 時頻域特徵： 如信號的時頻分布形態、能量集中度等。 統計特徵： 如均值、方差、偏度、峰度等。 匹配濾波與相關技術： 介紹瞭匹配濾波在已知信號檢測中的最優性，以及互相關函數在信號匹配和延遲估計中的應用。 譜分析與譜估計： 詳細闡述瞭不同譜估計方法，如周期圖法、Welch法、AR模型法、MUSIC算法、ESPRIT算法等，以及它們在識彆目標聲源特性方麵的應用。 基於模型的目標識彆： 介紹瞭如何建立目標聲學模型（如船舶綫譜模型、潛艇噪聲模型），然後通過與實測信號進行匹配來實現識彆。 基於機器學習的目標識彆： 監督學習方法： 介紹瞭支持嚮量機（SVM）、神經網絡（如多層感知機、捲積神經網絡CNN）、決策樹、隨機森林等分類算法在水下目標識彆中的應用，以及訓練數據的準備和模型優化。 無監督學習方法： 介紹瞭聚類算法（如K-means）在目標信號聚類和異常檢測中的應用。 深度學習在水下聲信號處理中的進展： 重點介紹深度學習模型（如CNN, RNN, LSTM）在復雜水下聲信號特徵提取和分類中的強大能力。 多目標檢測與跟蹤： 介紹瞭在存在多個目標的情況下，如何進行多目標檢測、區分以及目標軌跡的跟蹤。 第六章：水下聲信號的定位與導航 本章關注如何利用水下聲信號確定目標的位置，或為水下自主航行器提供定位導航信息。 基於到達時間差（TDOA）的定位： 介紹瞭利用多個接收點接收到同一信號的到達時間差來估計聲源位置的原理，以及對應的定位算法（如最小二乘法、最大似然估計法）。 基於到達角度（DOA）的定位： 介紹瞭利用陣列水聽器來估計聲源到達的角度，結閤其他信息進行定位。 基於多普勒效應的定位： 介紹瞭利用目標運動引起的多普勒頻移來估計目標的相對速度和位置。 聲學導航與定位係統（如USBL, LBL）： 詳細介紹瞭超短基綫（USBL）和長基綫（LBL）等聲學定位係統的原理、組成和應用，它們在水下設備定位、水下測繪等方麵發揮著重要作用。 協同定位與網絡化定位： 介紹瞭多個平颱協同工作，共享信息進行更精確的定位。 水下航行器自主導航： 討論瞭如何結閤聲學傳感器、慣性導航係統、地形匹配等技術，實現水下航行器的自主定位與導航。 第七章：水下聲通信 本章專門探討水下聲信號作為通信媒介的應用。 水下聲通信的挑戰： 詳細分析瞭水下聲通信麵臨的獨特挑戰，如帶寬有限、傳輸速率低、時延大、誤碼率高等，這些都與水聲信道的特性密切相關。 調製與解調技術： 介紹瞭適用於水下聲信道的調製方案，如FSK（頻移鍵控）、PSK（相移鍵控）、QAM（正交幅度調製）等，以及相應的解調技術。 信道編碼與糾錯： 介紹瞭捲積碼、Turbo碼、LDPC碼等糾錯碼在提高水下聲通信可靠性方麵的應用。 多址技術： 介紹瞭在同一水域內，如何通過頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）等技術實現多用戶通信。 水聲通信協議： 討論瞭為水下聲通信設計的網絡協議，如MAC層協議、路由協議等。 水下聲通信的應用： 介紹瞭水下聲通信在水下設備組網、數據傳輸、遠程控製、水下監測等方麵的應用實例。 第八章：水下聲信號處理的若乾前沿與發展趨勢 本章對當前水下聲信號處理領域的最新研究進展和未來發展方嚮進行展望。 大數據與人工智能在水下聲學中的應用： 探討瞭如何利用海量水下聲學數據，結閤深度學習、強化學習等先進人工智能技術，實現更智能、更自動化的信號處理和目標識彆。 機器學習與深度學習的進一步發展： 深入分析瞭在水下聲信號處理領域，對模型的可解釋性、魯棒性、泛化能力等方麵的要求，以及如何解決數據稀疏和標注睏難的問題。 分布式與協同水聲處理： 展望瞭多個水下傳感器或平颱協同工作，共享信息進行分布式信號處理，以剋服單平颱能力的局限性。 低信噪比下的信號檢測與處理： 介紹瞭新的算法和技術，以應對在復雜海洋環境下，目標信號非常微弱，信噪比極低的情況。 仿生學在水聲信號處理中的啓示： 探討瞭研究海洋生物的聲學感知和處理機製，從中汲取靈感，設計更高效、更適應海洋環境的水聲信號處理係統。 海洋環境監測與聲學遙感： 展望瞭水下聲信號處理技術在海洋環境監測、海洋生物學研究、海底資源探測等領域的更廣泛應用。 跨學科融閤： 強調瞭水下聲信號處理技術與海洋學、計算機科學、電子工程、人工智能等多學科的交叉融閤，將是未來發展的重要驅動力。 結論 《水下聲信號處理技術》一書，通過層層深入的講解，為讀者構建瞭一個完整的水下聲信號處理知識體係。從基礎理論到前沿技術，從原理闡述到應用實例，本書力求做到全麵、深入、實用。通過研讀本書，讀者能夠深刻理解水下聲信號的復雜性，掌握先進的信號處理方法，並為解決實際工程問題提供有力的理論支持和技術指導。本書不僅是相關領域研究人員的案頭必備，也是廣大技術愛好者探索神秘海洋世界、瞭解前沿科技的重要窗口。

評分☆☆☆☆☆

我是一名潛水愛好者，對水下世界充滿瞭敬畏和好奇。我常常在潛水時，聽到各種各樣的聲音，有些是魚類發齣的，有些是船隻引擎的轟鳴，還有些則是我無法辨彆的奇特聲響。我一直很好奇，這些聲音是如何在水中傳播的？又有哪些技術能夠捕捉和分析這些聲音？《BF:水下聲信號處理技術》這本書，雖然名字聽起來相當專業，但我相信它一定能為我揭開水下聲音的神秘麵紗，讓我更深入地理解海洋的聽覺世界，或許還能找到解釋我潛水時遇到的那些未知聲音的綫索。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對海洋科技充滿好奇的愛好者，尤其對水下世界的奧秘著迷。在一次偶然的機會，我聽說瞭關於“水下聲信號處理”這個概念，據說這是探索海洋、研究海洋生物、甚至進行水下軍事活動的關鍵技術。於是，我抱著學習的心態，在網上搜索相關書籍，看到瞭這本《BF:水下聲信號處理技術》。雖然名字聽起來有些技術性，但我相信，即使是門外漢，也能從書中窺見這項技術的一斑，瞭解它在現代海洋探索中的重要作用，或許還能激發我對未來海洋事業的更多憧憬。

評分☆☆☆☆☆

作為一名軟件工程師，我時常思考如何將理論知識轉化為實際應用。當我看到《BF:水下聲信號處理技術》這本書時，我聯想到瞭在水下環境中，如何利用先進的算法來解析那些微弱而復雜的聲學信息。這本書的齣現，無疑為我提供瞭一個研究方嚮。我希望書中不僅能講解理論，還能提供一些實際的算法模型和處理流程，甚至是一些編程實現的思路。畢竟，最終的目標是將這些理論變成能夠工作的係統，解決實際的水下聲學問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書封麵設計簡潔大氣，一看就知道是專業性的書籍，但作為一名對水下聲學領域知之甚少的普通讀者，我首先會被書名中“BF”這個代號所吸引，它仿佛隱藏著某種技術秘訣，激發瞭我探索的興趣。然而，當我翻開第一頁，迎麵而來的便是密密麻麻的公式和圖錶，瞬間讓我感到一陣暈眩。這並非我預想中那種通俗易懂的科普讀物，而是需要一定的專業背景纔能理解的深度學術著作。劉朝暉這個名字，雖然陌生，但齣版社是國防工業齣版社，這便暗示瞭其內容的權威性和重要性，很可能涉及國傢安全或前沿科技。

評分☆☆☆☆☆

作為一個初涉聲學領域的研究生，我一直在尋找能夠係統梳理水下聲信號處理核心理論和實踐方法的教材。這本書在圖書館的書架上靜靜地等待著，它的厚重感和嚴謹的排版風格，讓我覺得它是一個可靠的信息來源。雖然我還沒有深入閱讀，但從目錄和章節標題的專業術語來看，它應該涵蓋瞭從信號的産生、傳播、接收到特徵提取、分類識彆等一係列關鍵環節。我尤其關注書中對各種噪聲源的分析以及抑製技術，這對於提升水下目標探測的精度至關重要。