聲納陣列信號處理技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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杜選民 著

圖書標籤:

• 聲納
• 信號處理
• 陣列信號處理
• 水聲
• 雷達
• 自適應濾波
• 波束形成
• 空間譜估計
• 目標檢測
• 噪聲抑製

店鋪： 蘭興達圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121336492

商品編碼：26263796309

包裝：平裝

齣版時間：2018-02-01

基本信息

書名：聲納陣列信號處理技術

：58.00元

作者：杜選民

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2018-02-01

ISBN：9787121336492

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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陣列信號處理是現代聲納設備的核心功能之一。通過接收陣列的信號處理，可以獲取空間指嚮性增益，提高空間分辨和乾擾抑製能力，實現對目標的檢測與跟蹤、方位與距離估計；通過發射陣列的信號處理，可以獲取具有一定時延差或相位差的陣元信號，從而形成指嚮性發射波束，提高聲源級；通過空-時自適應處理，可以提高對弱目標的檢測能力。近年來，聲納技術不斷發展，齣現瞭多綫列陣聲納、連續波聲納、MIMO聲納等新體製聲納以及自適應盲處理、時反處理、矢量信號處理、魯棒性波束形成、模基信號處理等新型處理算法，這些都是聲納陣列信號處理的發展與豐富。本書深入、係統地介紹瞭可應用於實際聲納設備的陣列信號處理技術，在簡單的原理接收基礎上又大量的計算機模擬仿真及湖、海試實際數據的處理結果。另外本書有較大篇幅的聲納陣列信號處理領域的新技術介紹。

目錄

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第1 章 聲場概述············································································································1

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1.1 引言···························································································································· 1

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1.2 聲波的基本概念········································································································ 1

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1.3 聲學基本物理量········································································································ 1

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1.4 理想流體介質中小振幅波傳播的基本規律······························································ 2

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1.4.1 理想流體介質······································································································· 2

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1.4.2 連續性方程·········································································································· 3

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1.4.3 狀態方程············································································································· 3

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1.4.4 運動方程············································································································· 4

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1.4.5 波動方程············································································································· 4

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1.4.6 速度勢函數·········································································································· 4

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1.4.7 亥姆霍茲方程······································································································· 5

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1.4.8 三種不同坐標係下亥姆霍茲方程求解····································································· 5

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1.4.9 綫性濾波器理論框架下波動方程求解····································································· 9

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1.4.10 介質特性阻抗··································································································· 11

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1.5 分層介質中的波傳播······························································································· 11

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1.5.1 平行平麵層中波傳播的一般關係·········································································· 11

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1.5.2 邊界條件··········································································································· 12

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1.5.3 硬底均勻淺海聲場······························································································ 12

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1.5.4 液態海底均勻淺海聲場······················································································· 14

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1.6 聲場傳播基本模型··································································································· 15

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1.7 聲學工具·················································································································· 16

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1.8 本章小結·················································································································· 17

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參考文獻······························································································································17

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第2 章 基陣理論基礎···································································································18

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2.1 引言·························································································································· 18

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2.2 基陣的主要性能參數······························································································· 18

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2.2.1 常見的基陣類型································································································· 18

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2.2.2 主要性能參數····································································································· 18

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2.3 均勻綫列陣·············································································································· 21

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2.3.1 基陣響應（指嚮性函數） ···················································································· 22

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2.3.2 乘積定理··········································································································· 24

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2.3.3 幅度加權··········································································································· 25

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2.3.4 波束掃描··········································································································· 25

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2.3.5 離散空間傅裏葉變換··············································

淺析水下聲學探測與通信的基石——海洋聲學傳感網絡 海洋，這片廣袤而神秘的藍色疆域，不僅孕育瞭萬韆生命，更蘊藏著豐富的資源和未解的謎團。人類探索海洋、開發海洋、保護海洋的需求，催生瞭一係列先進的水下探測與通信技術。而在這其中，海洋聲學傳感網絡作為一項關鍵的基礎性技術，扮演著不可或缺的角色，它就像是海洋的“眼睛”和“耳朵”，為我們揭示著水下世界的蛛絲馬跡。 海洋聲學傳感網絡，顧名思義，是由一係列布置在水下的聲學傳感器組成的網絡係統。這些傳感器並非孤立存在，而是通過預設的通信鏈路，將收集到的聲學信息進行實時傳輸、融閤和處理，最終形成對水下環境的全麵認知。其核心目的在於實現對水下目標的探測、識彆、跟蹤，以及對水下環境參數的監測，並為水下通信提供可靠的介質。 網絡的構成要素與工作原理： 一個典型的海洋聲學傳感網絡通常包含以下幾個關鍵部分： 1. 聲學傳感器節點（Acoustic Sensor Nodes）： 這是網絡的“觸角”和“神經末梢”。每個節點通常集成瞭聲學換能器（如水聽器或聲呐換能器），用於接收或發射聲波信號。除此之外，它還包含數據采集與處理單元（如微處理器、模數轉換器）、通信模塊（用於與其他節點或基站進行信息交換）以及能源供應模塊（如電池或能量收集裝置）。傳感器的類型多樣，根據任務需求，可能包括寬帶或窄帶的水聽器、陣列式水聽器、主動聲呐換能器等。 2. 通信網絡（Communication Network）： 聲學信號的傳輸和節點間的協調，離不開一個高效的通信網絡。在水下環境中，電磁波傳輸受限，因此聲波通信是主要的傳輸方式。這包括點對點通信、中繼通信以及多跳通信等。通信網絡的拓撲結構（如星型、鏈型、網狀型）的選擇，對網絡的覆蓋範圍、魯棒性和信息傳遞效率有著至關重要的影響。節點間的通信協議也需要針對水下聲學信道的特點進行優化，以剋服信號衰減、多徑效應和噪聲乾擾等挑戰。 3. 數據處理與融閤中心（Data Processing and Fusion Center）： 這是網絡的“大腦”。它接收來自各個傳感器節點的海量原始數據，並對其進行進一步的分析、處理和融閤。常用的處理技術包括信號增強、目標檢測、特徵提取、跟蹤濾波等。數據融閤是將來自不同傳感器、不同時間、不同角度的信息進行整閤，以獲得比單一傳感器更全麵、更準確的感知結果。例如，通過融閤多個水聽器的信息，可以提高目標定位精度，或識彆齣水下目標的方嚮。 4. 能源供應係統（Power Supply System）： 水下環境的特殊性使得能源供應成為一個巨大的挑戰。長效的電池續航能力、可靠的能量收集技術（如利用海洋溫差、潮汐能等）以及低功耗的設計理念，是維持網絡長期穩定運行的關鍵。 應用場景與技術價值： 海洋聲學傳感網絡的應用領域極為廣泛，其技術價值體現在多個方麵： 海洋科學研究： 海洋生物監測： 通過接收和分析海洋生物發齣的聲學信號（如鯨豚的叫聲、魚類的活動聲），研究其分布、行為模式、遷徙規律以及種群數量，為海洋生態環境保護提供科學依據。 海底地質勘探： 利用主動聲呐係統，探測海底地形地貌、沉積層結構、礦産資源分布等，為海底資源的開發和地質災害的預警提供信息。 水文海洋學研究： 監測海流、聲速剖麵、海浪等海洋參數，為海洋動力學模型的研究和預測提供數據支持。 環境噪聲監測： 監測人為活動（如船舶航行、聲納使用）産生的海洋噪聲，評估其對海洋生物和生態環境的影響，為製定噪聲管理政策提供依據。 國防與安全： 水下目標探測與跟蹤： 部署在重要海域的聲學傳感網絡，能夠實時探測和跟蹤潛艇、水雷、無人潛航器等水下目標，為國傢安全提供預警和防禦能力。 水下偵察與情報收集： 監測水下活動，收集潛在威脅信息，為軍事行動提供決策支持。 海底通信與導航： 為水下作戰平颱、無人潛航器等提供安全可靠的水下通信和導航服務。 海洋工程與資源開發： 海底管道與設施監測： 監測海底石油天然氣管道、海底電纜、海上風力發電平颱等關鍵基礎設施的完整性和安全性，及時發現並預警潛在的泄漏、斷裂或損壞。 海洋資源勘探與開發： 輔助勘探海底礦産資源，監測海洋石油天然氣鑽井平颱的運行狀態。 水下考古： 協助探測和定位水下沉船、遺址等，為水下文化遺産的保護和研究提供幫助。 搜救與應急響應： 失事船隻與飛機定位： 在發生海難事故時，聲學傳感網絡可以快速定位黑匣子、失事船體等，協助搜救行動。 災害預警： 監測海底地震活動、海嘯産生的聲學特徵，為沿海地區提供災害預警。 關鍵技術挑戰與發展趨勢： 盡管海洋聲學傳感網絡展現齣巨大的應用潛力，但在其發展過程中，仍然麵臨著一係列的技術挑戰： 水下通信的魯棒性與帶寬： 聲波在水中的傳播損耗大，且容易受到海洋環境（如溫度、鹽度、深度變化）和人為活動的影響，導緻通信不穩定、帶寬受限。如何提高水下聲學通信的魯棒性、可靠性和數據傳輸速率是關鍵。 能源的持久性與自給自足： 傳統的電池供能難以支撐傳感器網絡長期、大範圍的部署。發展高效的能量收集技術和低功耗設計是必不可少的。 節點的精確部署與協同： 在復雜的海洋環境中，如何實現傳感節點的精確部署、保持節點間的穩定連接以及進行高效的協同工作，是網絡能否有效運行的關鍵。 海量數據的處理與實時性： 傳感器節點會産生海量的聲學數據，如何對其進行快速、高效的處理、融閤和分析，並保證實時的信息反饋，對算法和計算能力提齣瞭很高要求。 環境的適應性與隱蔽性： 傳感器節點需要具備良好的抗腐蝕、抗壓能力，能夠在不同的海洋環境下長期穩定工作。同時，在某些應用場景下，還需要考慮節點的隱蔽性，避免被探測到。 麵嚮未來，海洋聲學傳感網絡的發展將朝著更加智能化、集成化、網絡化和自主化的方嚮邁進。 智能化與自適應性： 傳感器節點將具備更高的智能化水平，能夠自主地進行信號處理、目標識彆和任務規劃，並根據海洋環境的變化進行自適應調整。 集成化與小型化： 將更多的功能集成到單個傳感器節點中，實現傳感、處理、通信一體化，同時追求節點的微型化，降低部署成本和環境影響。 網絡化與協同化： 構建更大規模、更高集成度的網絡，實現節點間的深度協同，形成分布式智能感知能力，突破單節點能力的限製。 自主性與無人化： 結閤無人潛航器、水麵無人艇等平颱，構建具備自主移動、自主部署、自主作業能力的海洋聲學傳感網絡，實現對海洋環境的立體、動態、全天候監測。 多模態融閤： 將聲學傳感與其他傳感模態（如光學、電磁、化學等）進行融閤，構建多模態海洋感知係統，以獲得更全麵、更準確的水下信息。 總而言之，海洋聲學傳感網絡作為水下聲學探測與通信的核心支撐技術，其發展不僅推動著海洋科學研究的深入，也為國防安全、資源開發和環境保護等領域提供瞭強大的技術保障。隨著技術的不斷進步，我們有理由相信，未來的海洋聲學傳感網絡將為人類探索和利用海洋開闢更廣闊的道路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計挺有意思的，采用瞭深邃的藍色背景，上麵點綴著一些抽象的聲波圖案，看起來很有科技感，也暗示瞭內容與海洋探測和信號分析有關。我之前對聲納技術一直很好奇，總覺得它神秘又強大，能夠“看穿”水下的世界。拿到這本書，我期待著能更深入地瞭解這項技術是如何運作的，比如聲納陣列這個詞，聽起來就很復雜，是不是就像有很多個“耳朵”在同時聽聲音，然後通過某種方式把這些信息整閤起來？這本書會不會從最基礎的聲波原理講起，然後逐步深入到陣列的組成、信號的采集和處理？我希望它不僅僅是枯燥的公式和理論，還能有一些實際的應用案例，比如在海洋測繪、軍事偵察或者水下考古中，聲納陣列是如何發揮作用的。最好還能配上一些圖示，把那些抽象的概念具象化，這樣更容易理解。總之，這本書給我的第一印象就是專業、前沿，而且似乎蘊含著不少解決水下未知世界奧秘的鑰匙。

評分☆☆☆☆☆

這本書的章節設置顯得非常有邏輯性，仿佛為讀者精心設計瞭一條學習路徑。我初步瀏覽瞭一下，感覺作者的寫作風格偏嚮於理論深度和技術細節的挖掘，這正是我所尋求的。我希望這本書能深入探討聲納陣列的信號接收機理，包括陣元之間的信號耦閤、噪聲的來源和特性，以及如何通過先進的信號處理算法來抑製噪聲、增強目標信號。特彆是關於“自適應波束形成”這類能夠根據實際環境動態調整的算法，我非常好奇其背後的原理和實現方式。這本書是否會詳細介紹這些自適應算法的數學模型和收斂性分析？此外，我希望它也能觸及一些最新的研究進展，比如機器學習在聲納信號處理中的應用，或者新型聲納陣列的設計理念。總而言之，我期待這本書能夠提供紮實的理論基礎和前沿的技術視野，幫助我提升在聲納信號處理領域的專業素養。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我腦海中立刻浮現齣那些在茫茫大海深處工作的精密儀器，它們是如何將微弱的聲波信號捕捉並轉化為有意義的信息的？這本書的書名《聲納陣列信號處理技術》恰好點明瞭核心。我最期待的是，這本書能詳細解讀“陣列”這一概念在聲納技術中的重要性。它是不是像人有多隻耳朵，可以更精準地判斷聲音的方嚮和距離？書中會詳細闡述不同陣列構型的優勢和劣勢嗎？例如，綫陣與麵陣在實際應用中有何不同？更重要的是，我希望這本書能深入淺齣地講解“信號處理”的具體技術。比如，如何從嘈雜的海底環境中提取齣微弱的目標迴波？脈衝壓縮、多普勒處理、空間濾波等這些我隻是依稀聽過的概念，這本書能否為我一一揭開麵紗？我希望它不僅能告訴我“是什麼”，更能告訴我“為什麼”和“怎麼做”，最好還能通過實例來加深理解。

評分☆☆☆☆☆

我特彆欣賞這本書的作者在概念闡釋上的嚴謹性。從我粗略的翻閱來看，作者似乎非常注重基礎概念的鋪墊，並且循序漸進地引入更復雜的知識體係。對於聲納陣列這樣一個相對來說比較專業的領域，我擔心一開始就接觸到大量艱深的數學公式，可能會望而卻步。但是，這本書給我一種踏實的感覺，它似乎是在嘗試構建一個清晰的知識框架，讓讀者能夠在一個堅實的地基上，逐步嚮上構建理解的大廈。我希望這本書能詳細介紹不同類型的聲納陣列，比如綫陣、麵陣、圓陣等，以及它們各自的優缺點和適用場景。同時，關於信號的建模和仿真，也是我非常感興趣的部分。如果書中能提供一些關於如何對水下聲傳播環境進行建模，以及如何模擬聲納陣列接收信號的實例，那將極大地提升這本書的學習價值。我期待這本書能成為我深入瞭解聲納陣列技術的一個可靠的起點。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版風格我挺喜歡的，字體大小適中，行距也比較舒適，閱讀起來不會感到壓抑。我翻瞭一下目錄，看到裏麵涉及瞭不少信號處理的專業術語，像“波束形成”、“脈衝壓縮”、“自適應濾波”等等，這些都是我不太熟悉的領域，但聽起來就很有研究的價值。我比較關心的是，書中對於這些技術的講解是否足夠詳盡？會不會解釋清楚這些技術背後的數學原理，以及它們是如何在聲納陣列中實現的？畢竟，聲納陣列的強大之處就在於能夠對接收到的信號進行精細的處理，從而提高探測的精度和分辨率。我希望作者能在保證科學性的同時，也盡量讓內容通俗易懂，能夠引導我一步步地掌握這些核心技術。如果書中能夠包含一些算法的僞代碼或者流程圖，那就更好瞭，這樣我不僅能理解理論，還能知道如何去實現。我對聲納陣列在水下目標識彆和跟蹤方麵的應用尤為感興趣，這本書能否在這方麵提供一些深度解析？