【XH】 水下聲信號處理技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 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
• 算法
• 工程技術

店鋪： 愛尚美潤圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118070019

商品編碼：29487978500

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

作者：劉朝暉 等

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2010-04-01

ISBN：9787118070019

字數：

頁碼：260

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.581kg

編輯推薦

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內容提要

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《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》反映瞭聲自導信號處理的發展前沿和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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章 緒論
1.1 水下聲信號處理研究的意義
1.2 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

作者介紹

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文摘

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相對於其他載體而言，聲波是目前能夠進行水下遠程探測、通信的手段。現代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、自導等先進裝備，進行電子對抗、實現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、目標參量估計、目標識彆與反對抗等能力，實現導引的要求。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）目標對的防禦和對抗，如采用各類誘餌、反、反深彈等對進行誘和攔截，降低瞭攻擊的有效性；
（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、目標參量估計和目標特徵提取，便於反對抗。以下從幾個方麵說明寬帶信號處理研究的必要性。

序言

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【XH】 水下聲信號處理技術 內容概要 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，深入探討瞭水下聲學環境的複雜性及其對聲信號特徵的影響。內容涵蓋瞭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麵而深入的水下聲信號處理技術體係。 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、摺射、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）如何導緻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、聲納係統（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麵臨的主要睏難，包括環境噪聲的強烈乾擾（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、多途徑乾擾、信號源的運動性、時變性以及數據採集和傳輸的限製。 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係。 第二章 水下聲傳播原理 聲波的基本方程： 迴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。 聲速剖麵及其影響： 深入分析溫度、鹽度和壓力對水體聲速的影響，介紹聲速剖麵的概念及其在聲波傳播路徑（如聲線彎麯）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緻的能量損失，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、摺射與散射： 分析聲波在遇到海水界麵、海底、水下障礙物以及懸浮物時產生的反射、摺射和散射現象，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 水下噪聲分析與抑製 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製： 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製。 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、磁緻伸縮水聽器、光纖水聽器等，分析它們的頻率響應、指嚮性、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、平麵陣），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、噪聲抑製和方嚮估計中的作用。 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、特徵嚮量波束形成、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，以及如何選擇閤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緻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，如短時傅裏葉變換（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製特定噪聲源方麵的潛力。 去混響技術： 深入探討水下聲學中的混響問題，分析混響的產生機製。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： 結閤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錶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： 介紹利用高斯混閤模型（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： 深入探討支持嚮量機（SVM）、隨機森林（Random Forest）、神經網絡（如多層感知機MLP、捲積神經網絡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： 專門探討捲積神經網絡（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。 聲源定位與跟蹤： 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，並對其進行實時跟蹤。 第七章 水下聲通信 水下聲通信的挑戰： 分析水下聲通信麵臨的特殊挑戰，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。 前嚮糾錯（FEC）編碼： 介紹信道編碼技術，如捲積碼、Turbo碼、LDPC碼，以及它們如何提高水下聲通信的可靠性。 水下聲通信係統設計： 討論水下聲通信係統的組成部分，包括發射機、接收機、中繼器等，以及係統性能的評估指標。 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閤： 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。 實時處理與嵌入式係統： 討論如何在嵌入式係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颱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嚮，如更強大的噪聲抑製和信號增強技術、更高精度的聲源定位和識別、更高效的水下通信係統、以及與其他傳感器融閤的應用等。 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閤，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。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計非常有匠心，那種深邃的藍色調，配閤上波光粼粼的紋理，拿在手裏就好像真的能感受到水下的神秘與靜謐。紙張的質感也相當不錯，印刷清晰，字裏行間透露著一種嚴謹與專業。我特彆欣賞作者在排版上的用心，圖文並茂的布局讓復雜的理論知識變得更容易被理解和消化。尤其是那些示意圖和實驗數據圖，標注得極為詳盡，即便是初次接觸這個領域的人，也能快速建立起對核心概念的直觀認識。這本書的閱讀體驗是極其愉悅的，它不僅是知識的載體，更像是一件藝術品，讓人願意靜下心來細細品味。我翻閱瞭好幾本同類型的教材，很少有能做到像這本書這樣，在保證學術深度的同時，還能兼顧到讀者的實際閱讀感受，這種對細節的關注，無疑提升瞭整本書的價值。

評分☆☆☆☆☆

我最欣賞這本書的地方在於其對“實際工程挑戰”的關注。很多理論書籍在描述完美好的數學模型後就戛然而止，但這本書卻花瞭大量的篇幅來討論實際部署時會遇到的難題：傳感器誤差的補償、遠距離傳輸中的信號衰減、多徑效應的處理等等。作者毫不避諱地指齣瞭現有技術在真實世界中的“盲點”，並探討瞭多種權宜之計。這種基於實踐的敘述方式，讓書本上的知識不再是空中樓閣，而是真正可以投入使用的工具箱。對於我這種側重於係統集成和項目落地的人而言，這種接地氣的指導比任何高深的理論都來得更為實在和迫切，它提供瞭一種“如何把事情做成”的實操思路。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，我對這本書的結構安排略感意外，它似乎跳過瞭許多傳統教科書會著墨鋪陳的基礎理論，直接切入瞭更具應用性的前沿議題。這對於有一定基礎的工程師來說無疑是個福音，能快速定位到自己最需要的知識模塊進行深入學習。然而，對於完全的新手來說，可能需要配閤其他更基礎的參考資料，否則初期的理解門檻會稍高一些。不過，一旦跨過瞭最初的“適應期”，這本書的邏輯推進速度會讓人感到非常過癮。作者的敘述方式更像是一位經驗豐富的導師在分享心得，而不是冷冰冰的公式堆砌。他擅長用生動的案例來解釋抽象的原理，這種“由錶及裏”的講解策略，極大地激發瞭我繼續探索下去的興趣，讓我覺得這不是在“啃書”，而是在進行一場智力上的探險。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度是毋庸置疑的，尤其在算法和模型推導的部分，看得齣作者投入瞭巨大的心血。我注意到其中涉及到的一些最新的信號處理技術和優化方法，其細節的闡述遠超我預期的範圍。比如關於噪聲抑製和目標識彆的章節，作者不僅給齣瞭理論模型，還細緻地分析瞭在不同水文環境下的局限性和改進方嚮，這種前瞻性的討論非常寶貴。閱讀過程中，我不得不頻繁地停下來，對著公式推導和代碼片段進行反復揣摩，有些地方甚至需要藉助外部的數學軟件進行驗證。這錶明這本書並非提供“標準答案”，而是鼓勵讀者進行批判性思考和深入研究，它更像是一個高級研討會的會議記錄集錦，充滿瞭思想的火花和未解的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

從文字風格上來看，這本書的錶達方式相當成熟老練，用詞精準而富有力量感，很少有冗餘的詞句。作者的行文節奏把握得極好，在需要嚴謹論證的地方，語言會變得非常緊湊和邏輯化；而在總結或展望部分，則會適當地放開，展現齣一種對未來技術趨勢的洞察與自信。這種張弛有度的文筆，使得長時間閱讀也不會産生疲勞感。它成功地在學術的嚴肅性和知識傳播的易讀性之間找到瞭一個絕佳的平衡點。這本書讀完之後，留給我的不僅僅是知識的增量，更是一種係統性的思維框架的重塑，它讓我對整個領域有瞭更宏大、更精細的認識，絕對是值得收藏和時常翻閱的佳作。