【XH】 水下声信号处理技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

刘朝晖 等 著

图书标签:

• 水声信号处理
• 信号处理
• 水下声学
• 海洋工程
• 通信
• 雷达
• 声呐
• 模式识别
• 算法
• 工程技术

店铺： 爱尚美润图书专营店

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118070019

商品编码：29487978500

包装：精装

出版时间：2010-04-01

基本信息

书名：水下声信号处理技术

定价：52.00元

作者：刘朝晖 等

出版社：国防工业出版社

出版日期：2010-04-01

ISBN：9787118070019

字数：

页码：260

版次：1

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.581kg

编辑推荐

---

内容提要

---

《水下声信号处理技术》主要介绍了宽带信号及处理的内涵、时间－尺度域特征；发射信号的设计，目标回波信号的检测和参量估计；小波变换域估计器－相关器，散射函数的估计对于物理参数的测量误差的敏感性；利用卡尔曼滤波估计复杂运动目标的多亮点位置和速度，分析小波变换域估计器－相关器对于散射函数误差的灵敏性。另外，介绍了全维和降维空时自适应处理（STAP）的原理，讨论了STAP抗混响的基本结构和流程，叙述了在三种不同应用场合下的降维STAP抗混响方法，并分析了各自的处理性能。
《水下声信号处理技术》反映了声自导信号处理的发展前沿和目前现有的研究状况，面向自导、水下声信号处理技术研究和该领域从事宽带系统实现设计的广大科研和工程设计人员，也可作为相关专业研究生和高年级本科生的参考资料。

目录

---

章 绪论
1.1 水下声信号处理研究的意义
1.2 外相关研究的历史与现状
1.3 主要内容与安排
参考文献

第2章 宽带处理与宽带信号分析
2.1 宽带信号与宽带处理
2.1.1 宽带的信号与宽带处理的内涵
2.1.2 目标回波的宽带模型
2.1.3 宽带信号处理与小波变换
2.2 宽带信号分析
2.2.1 宽带调频信号
2.2.2 时间频率分集信号
2.2.3 回声定位动物发声信号
2.2.4 信号分析小结
参考文献

第3章 点目标的宽带检测与参数估计
3.1 宽带主动信号波形设计
3.1.1 主动信号检测波形设计
3.1.2 宽带主动信号参量估计波形设计
3.2 点目标检测
3.2.1 宽带小波检测器
3.2.2 尺度宽容小波检测器
3.2.3 基于小波-Radon变换的宽带HFM信号检测
3.2.4 目标检测算法分析
3.3 点目标参数估计
3.3.1 基于小波变换的宽带信号时延和尺度估计与克拉美罗限
3.3.2 宽带正反HFM信号的时延和尺度估计
3.3.3 目标估计算法分析
3.4 检测与估计算法的实现
3.4.1 宽带信号小波变换的快速计算
3.4.2 基于：DSP的实时软件开发
3.4.3 软件验证
参考文献

第4章 小波变换域估计器－相关器
4.1 海森伯格群和仿射群
4.1.1 群论的背景知识
4.1.2 海森伯格群
4.1.3 仿射群
4.1.4 窄带和宽带模糊度函数
4.1.5 Frobenius-Shur-Godement（FSG）定理
4.2 宽带估计器一相关器
4.2.1 估计器一相关器
4.2.2 宽带估计器一相关器的推导
4.3 体目标的散射函数
参考文献

第5章 散射函数估计对物理参数误差的敏感性
5.1 引言
5.2 环境散射函数误差
5.2.1 环境散射成分
5.2.2 误差的理论推导
5.2.3 敏感性仿真分析
5.3 目标散射函数误差
.5.3.1 目标散射成分
5.3.2 散射体个数误差
5.3.3 散射体位置误差
5.4 总散射函数误差
5.4.1 散射函数的总误差
5.4.2 总散射误差仿真分析
5.4.3 关于波形设计的讨论
参考文献

第6章 宽带散射函数估计与更新的卡尔曼算法
6.1 引言
6.2 宽带散射函数的卡尔曼滤波
6.2.1 滤波算法的推导
6.2.2 推导结果的分析
6.2.3 扩展卡尔曼滤波器的推导
6.3 宽带散射函数估计与更新的实现
6.3.1 旋转体的跟踪
6.3.2 直线运动的跟踪
参考文献

第7章 小波变换域估计器－相关器对散射函数误差的敏感性
7.1 WTD-EC的实现
7.1.1 协方差矩阵的特征值计算
7.1.2 似然比函数的推导
7.1.3 接收机工作特性的计算
7.1.4 WTD-EC的计算
7.2 小波变换域EC的敏感性
7.2.1 敏感性的推导
7.2.2 输入信噪比的估计
7.2.3 散射体误差的敏感性
参考文献

第8章 空时自适应处理抗混响原理
8.1 STAP原理介绍
8.1.1 全维处理方法
8.1.2 降维处理方法
8.1.3 性能表征
8.1.4 降维STAP算法
8.2 STAP抗混响基本结构
8.2.1 基于时域信号叠加的混响模型
8.2.2 混响空时数据结构
8.2.3 STAP抗混响的流程
参考文献

第9章 降维STAP抗混响方法
9.1 基于数据空时平滑的处理方法
9.1.1 数据的空时平滑处理
9.1.2 子组输出相干叠加的STAP
9.2 三维STAP处理方法
9.2.1 混响的三维特性分析
9.2.2 三维STMB方法
9.2.3 性能分析
9.3 梳状谱信号的STAP处理方法
9.3.1 梳状谱信号混响的空时特点
9.3.2 梳状谱信号的降维STAP
9.3.3 性能分析
参考文献

作者介绍

---

文摘

---

相对于其他载体而言，声波是目前能够进行水下远程探测、通信的手段。现代是海军打击敌方舰艇的主要武器，特别是潜艇的克星。水下声信号处理的任务是在存在干扰背景的情况下，对水下声场时空抽样并进行空间和时间变换，以提高检测所需信号的能力。
（1）检测目标，即搜索、发现和确认目标存在；
（2）测量目标，对目标参量，如方位、径向距离和速度进行估计；
（3）识别目标，即提取目标特征，识别目标真伪，进而采取反对抗措施。
在传统的声纳中，由于窄带信号分析方法较为简单，处理方便，常采用窄带信号，利用窄带系统进行处理。窄带系统已广泛应用于水下武器制导、水声对抗、水下通信、海底地貌测绘、声海洋学等领域，为国防事业和国民经济建设作出了巨大的贡献，已成为这些领域不可缺少的有力工具。
在国防建设中，研制新一代的声纳、自导等先进装备，进行电子对抗、实现制导是一个非常重要而迫切需要解决的问题，这势必要求提高微弱信号检测、目标参量估计、目标识别与反对抗等能力，实现导引的要求。窄带系统由于参数估计精度低、目标识别能力差、水声对抗和反对抗水平低等弱点，无法很好地解决上述问题。同时，窄带系统难于应付如下严峻挑战：
（1）复杂的水声作战环境造成目标信号严重的起伏和衰落；
（2）对目标特征的控制大幅度减小了目标回波特征；
（3）目标对的防御和对抗，如采用各类诱饵、反、反深弹等对进行诱和拦截，降低了攻击的有效性；
（4）目标对自身的防护（如采用装甲和隔舱），降低了的毁伤效果。
宽带系统通常采用宽带信号，可以激发更多的目标特征，使得目标回波携带有更多的目标信息量，而且宽带混响背景相关性减弱，有利于目标检测、目标参量估计和目标特征提取，便于反对抗。以下从几个方面说明宽带信号处理研究的必要性。

序言

---

【XH】 水下声信号处理技术 内容概要 本書聚焦於水下聲信號的獲取、傳輸、濾波、增強、識別和應用等關鍵技術，深入探討了水下聲學環境的複雜性及其對聲信號特徵的影響。內容涵蓋了從聲學原理到現代信號處理算法的廣泛知識，旨在為讀者提供一個全面而深入的水下聲信號處理技術體系。 第一章 引言 水下聲學環境的獨特性： 探討水中聲波傳播的物理特性，如聲速、衰減、折射、反射、散射等，以及這些因素如何塑造水下聲信號的傳播路徑和特徵。分析水下環境的非均勻性（如溫度、鹽度和壓力梯度）如何導致信號畸變和多途徑效應。 水下聲信號的應用領域： 詳細介紹水下聲信號在海洋探測、水下通信、聲納系統（包括主動聲納和被動聲納）、水下導航、海洋生物聲學研究、水下工程監測等諸多領域的廣泛應用。闡述不同應用對聲信號處理的要求和挑戰。 水下聲信號處理的挑戰： 總結水下聲信號處理面臨的主要困難，包括環境噪聲的強烈干擾（如船噪、風浪噪聲、生物噪聲、人為噪聲）、信號衰減嚴重、信號失真、多途徑干擾、信號源的運動性、時變性以及數據採集和傳輸的限制。 本書的結構與內容安排： 概述本書各章節的邏輯關係和重點內容，引導讀者快速掌握全書的核心知識體系。 第二章 水下聲傳播原理 聲波的基本方程： 回顧聲波在介質中傳播的基本物理定律，包括波動方程、聲壓、質點速度、聲強等基本概念。 聲速剖面及其影響： 深入分析溫度、鹽度和壓力對水體聲速的影響，介紹聲速剖面的概念及其在聲波傳播路徑（如聲線彎曲）中的作用。 聲波的衰減： 闡述聲波在水中傳播時由於吸收和散射導致的能量損失，介紹影響衰減的因素（如頻率、介質性質、溫度、深度）和衰減模型。 反射、折射與散射： 分析聲波在遇到海水界面、海底、水下障礙物以及懸浮物時產生的反射、折射和散射現象，探討這些現象對聲信號的影響，如形成混響和多途徑信號。 海底聲學特性： 討論海底介質（如泥質、沙質、岩石）的聲學特性，包括聲阻抗、聲速、衰減係數等，以及它們如何影響聲波在海底的傳播和反射。 第三章 水下噪聲分析與抑制 水下噪聲源分類： 詳細介紹各種水下噪聲源，包括自然噪聲（風浪噪聲、降雨噪聲、冰噪聲、閃電噪聲、海洋生物噪聲）和人為噪聲（船體噪聲、聲納噪聲、鑽井噪聲、通訊噪聲）。 噪聲的統計特徵： 分析不同類型水下噪聲的統計分佈特性，如概率密度函數、功率譜密度、自相關函數等，為噪聲的建模和濾除提供依據。 傳統濾波技術： 介紹經典的濾波技術，如低通濾波、高通濾波、帶通濾波、陷波濾波等，分析其在水下聲信號處理中的應用和局限性。 自適應濾波技術： 深入探討自適應濾波器的原理和應用，如最小均方誤差（LMS）、遞歸最小均方誤差（RLS）濾波器，以及它們如何根據噪聲的時變特性進行自適應地濾除。 譜減法與維納濾波： 詳細介紹譜減法原理，分析其優缺點。闡述維納濾波的理論基礎，探討其在信噪比增強中的應用。 基於模型的水下噪聲抑制： 介紹如何利用聲學傳播模型和噪聲統計模型來進行更有效的噪聲抑制。 第四章 水下聲信號採集與傳感器技術 水聽器原理與類型： 介紹水聽器的基本工作原理，包括壓電效應、電磁感應等。重點介紹各種常用水聽器的類型，如壓電陶瓷水聽器、磁致伸縮水聽器、光纖水聽器等，分析它們的頻率響應、指向性、靈敏度、抗壓能力等性能指標。 陣列信號處理基礎： 介紹聲學陣列的構成（如線列陣、圓陣、平面陣），分析陣列的空間採樣特性。 波束形成技術： 深入探討波束形成技術，包括延遲-疊加波束形成、相位變換波束形成、功率反演波束形成等。分析這些技術在信號增強、噪聲抑制和方向估計中的作用。 陣列信號處理的先進算法： 介紹更先進的陣列處理算法，如主成分分析（PCA）波束形成、特徵向量波束形成、最小方差無失真響應（MVDR）波束形成等，以及它們在複雜水下聲環境下的優越性。 採樣與量化： 討論數字信號處理的基礎，包括奈奎斯特採樣定理、量化誤差，以及如何選擇合適的採樣率和量化位數以保證信號的有效採集。 數據傳輸與儲存： 簡述水下聲信號數據的傳輸和儲存方式，包括有線傳輸、聲學通信、數據記錄儀等。 第五章 水下聲信號增強與去混響 信號失真與變形： 分析由於水下聲傳播介質不均勻、多途徑傳播等原因導致的信號失真和變形現象。 時間頻域信號增強技術： 介紹各種時間頻域的信號增強技術，如短時傅里葉變換（STFT）應用、小波變換（Wavelet Transform）在信號去噪和增強中的應用。 盲源分離（BSS）技術： 介紹獨立成分分析（ICA）等盲源分離技術，分析其在分離不同聲源信號或抑制特定噪聲源方面的潛力。 去混響技術： 深入探討水下聲學中的混響問題，分析混響的產生機制。介紹去混響技術，包括基於反褶積的去混響、基於統計模型的去混響、以及基於深度學習的去混響方法。 自適應信號增強： 結合陣列處理和自適應濾波的原理，實現更精確的信號增強和目標信號提取。 第六章 水下聲信號識別與分類 聲學目標特徵提取： 介紹如何從水下聲信號中提取能夠表徵聲源特徵的關鍵信息，包括頻譜特徵（如諧波結構、頻率飄移）、時域特徵（如包絡、瞬時頻率）、以及時頻域特徵（如聲紋）。 基於統計模型的識別： 介紹利用高斯混合模型（GMM）、隱馬爾可夫模型（HMM）等統計模型來識別不同類型的聲源。 基於機器學習的識別： 深入探討支持向量機（SVM）、隨機森林（Random Forest）、神經網絡（如多層感知機MLP、卷積神經網絡CNN、循環神經網絡RNN）等機器學習方法在水下聲信號分類和識別中的應用。 深度學習在水下聲信號識別中的應用： 專門探討卷積神經網絡（CNN）在提取聲學特徵和進行圖像化識別中的優勢，以及循環神經網絡（RNN）或長短期記憶網絡（LSTM）在處理時序聲學數據中的應用。 聲學事件檢測與分類： 介紹如何通過信號分析和模式識別技術，自動檢測和分類水下聲學事件，如魚群發聲、潛艇發聲、船隻通過等。 聲源定位與跟踪： 介紹利用多個傳感器或陣列信號處理技術，實現對水下聲源的定位，並對其進行實時跟踪。 第七章 水下聲通信 水下聲通信的挑戰： 分析水下聲通信面臨的特殊挑戰，如有限的帶寬、嚴重的多途徑效應、信號衰減、時延、以及對低功耗的要求。 調製解調技術： 介紹適用於水下聲通信的調製技術，如頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）、正交頻分復用（OFDM）等，並討論其在水下環境下的性能。 前向糾錯（FEC）編碼： 介紹信道編碼技術，如卷積碼、Turbo碼、LDPC碼，以及它們如何提高水下聲通信的可靠性。 水下聲通信系統設計： 討論水下聲通信系統的組成部分，包括發射機、接收機、中繼器等，以及系統性能的評估指標。 水下聲網絡： 介紹水下聲通信網絡的架構和協定，如水下無線傳感器網絡（UWSN），以及多跳通信、路由選擇等問題。 第八章 現代水下聲信號處理算法與應用展望 現代信號處理技術的融合： 探討將現代信號處理技術，如小波變換、時頻分析、譜估計、盲分離、非線性動力學分析等，應用於解決更複雜的水下聲信號處理問題。 人工智能在水下聲信號處理中的應用： 深入探討機器學習和深度學習方法在水下聲信號處理中的前沿應用，包括自主識別、自適應優化、智能預測等。 實時處理與嵌入式系統： 討論如何在嵌入式系統和有限的計算資源下實現水下聲信號的實時處理。 大數據分析與雲計算： 探討如何利用大數據分析技術和雲計算平台來處理和分析海量的水下聲學數據，挖掘更深層次的海洋信息。 未來發展趨勢： 展望水下聲信號處理技術的未來發展方向，如更強大的噪聲抑制和信號增強技術、更高精度的聲源定位和識別、更高效的水下通信系統、以及與其他傳感器融合的應用等。 實際案例分析： 選擇一到兩個典型的水下聲信號處理應用案例進行詳細分析，展示書中所介紹的技術在實際項目中的應用情況。 本書力求理論與實踐相結合，通過詳細的原理闡述、豐富的算法介紹和潛在的應用探討，為讀者提供一個學習和研究水下聲信號處理技術的堅實基礎。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常有匠心，那种深邃的蓝色调，配合上波光粼粼的纹理，拿在手里就好像真的能感受到水下的神秘与静谧。纸张的质感也相当不错，印刷清晰，字里行间透露着一种严谨与专业。我特别欣赏作者在排版上的用心，图文并茂的布局让复杂的理论知识变得更容易被理解和消化。尤其是那些示意图和实验数据图，标注得极为详尽，即便是初次接触这个领域的人，也能快速建立起对核心概念的直观认识。这本书的阅读体验是极其愉悦的，它不仅是知识的载体，更像是一件艺术品，让人愿意静下心来细细品味。我翻阅了好几本同类型的教材，很少有能做到像这本书这样，在保证学术深度的同时，还能兼顾到读者的实际阅读感受，这种对细节的关注，无疑提升了整本书的价值。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，我对这本书的结构安排略感意外，它似乎跳过了许多传统教科书会着墨铺陈的基础理论，直接切入了更具应用性的前沿议题。这对于有一定基础的工程师来说无疑是个福音，能快速定位到自己最需要的知识模块进行深入学习。然而，对于完全的新手来说，可能需要配合其他更基础的参考资料，否则初期的理解门槛会稍高一些。不过，一旦跨过了最初的“适应期”，这本书的逻辑推进速度会让人感到非常过瘾。作者的叙述方式更像是一位经验丰富的导师在分享心得，而不是冷冰冰的公式堆砌。他擅长用生动的案例来解释抽象的原理，这种“由表及里”的讲解策略，极大地激发了我继续探索下去的兴趣，让我觉得这不是在“啃书”，而是在进行一场智力上的探险。

评分☆☆☆☆☆

我最欣赏这本书的地方在于其对“实际工程挑战”的关注。很多理论书籍在描述完美好的数学模型后就戛然而止，但这本书却花了大量的篇幅来讨论实际部署时会遇到的难题：传感器误差的补偿、远距离传输中的信号衰减、多径效应的处理等等。作者毫不避讳地指出了现有技术在真实世界中的“盲点”，并探讨了多种权宜之计。这种基于实践的叙述方式，让书本上的知识不再是空中楼阁，而是真正可以投入使用的工具箱。对于我这种侧重于系统集成和项目落地的人而言，这种接地气的指导比任何高深的理论都来得更为实在和迫切，它提供了一种“如何把事情做成”的实操思路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度是毋庸置疑的，尤其在算法和模型推导的部分，看得出作者投入了巨大的心血。我注意到其中涉及到的一些最新的信号处理技术和优化方法，其细节的阐述远超我预期的范围。比如关于噪声抑制和目标识别的章节，作者不仅给出了理论模型，还细致地分析了在不同水文环境下的局限性和改进方向，这种前瞻性的讨论非常宝贵。阅读过程中，我不得不频繁地停下来，对着公式推导和代码片段进行反复揣摩，有些地方甚至需要借助外部的数学软件进行验证。这表明这本书并非提供“标准答案”，而是鼓励读者进行批判性思考和深入研究，它更像是一个高级研讨会的会议记录集锦，充满了思想的火花和未解的挑战。

评分☆☆☆☆☆

从文字风格上来看，这本书的表达方式相当成熟老练，用词精准而富有力量感，很少有冗余的词句。作者的行文节奏把握得极好，在需要严谨论证的地方，语言会变得非常紧凑和逻辑化；而在总结或展望部分，则会适当地放开，展现出一种对未来技术趋势的洞察与自信。这种张弛有度的文笔，使得长时间阅读也不会产生疲劳感。它成功地在学术的严肃性和知识传播的易读性之间找到了一个绝佳的平衡点。这本书读完之后，留给我的不仅仅是知识的增量，更是一种系统性的思维框架的重塑，它让我对整个领域有了更宏大、更精细的认识，绝对是值得收藏和时常翻阅的佳作。