水下聲傳感器網絡 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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美肖揚 著

圖書標籤:

• 水下聲學
• 傳感器網絡
• 無綫通信
• 數據采集
• 信號處理
• 海洋工程
• 水下定位
• 網絡協議
• 能量管理
• 海洋監測

店鋪： 墨林閣圖書專營店

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118079203

商品編碼：29434166294

包裝：精裝

齣版時間：2012-12-01

基本信息

書名：水下聲傳感器網絡

定價：88.00元

作者：(美)肖揚

齣版社：國防工業齣版社

齣版日期：2012-12-01

ISBN：9787118079203

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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肖揚等編著的《水下聲傳感器網絡》研究水下聲通信的基礎問題，匯集瞭水下傳感器網絡領域的**進展，是世界範圍內傳感器網絡領域傑齣研究人員的集體結晶。本書包含12章共分5個部分，涵蓋瞭水下傳感器網絡的各個方麵，如關鍵研究問題、分簇問題、拓撲控製、路由協議，容錯機製、時間同步、介質訪問控製、軟件和硬件問題、信道建模等，實際上書中所包含的內容遠不止這些。我相信本書對有興趣研究、開發、設計和應用水下傳感器網絡的研究人員、從業人員和學生是一份頗有價值的參考資料。

內容提要

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肖揚等編著的《水下聲傳感器網絡》一書深入討論瞭水下信道特徵以及水下通信技術的相關內容，係統總結瞭水下聲傳感器網絡(UW-ASNs)領域公認的發展難題，有針對性地提齣瞭實現水下網絡高效數據通信的有效方案。
　　《水下聲傳感器網絡》對二維和三維傳感器網絡的結構進行瞭討論，結閤UW-ASNs領域的研究熱點，詳細闡述瞭水下傳感器網絡與陸地傳感器網絡問的顯著區彆；針對延遲不敏感和延遲敏感應用背景下的分布式路由協議進行瞭研究；提齣瞭一種以信道利用率為錶徵的聲場模型，實現瞭水下通信數據包大小的*設置。此外，本書還開展瞭如下研究： 針對水下環境特性，提齣瞭有效的傳感器通信協議。
　　研究瞭三維稀疏網絡和密集網絡的拓撲控製問題。
　　提齣瞭新穎的分布式MAC協議，結閤閉環分布式算法對*傳輸功率和*碼長進行設置。
　　《水下聲傳感器網絡》涉及路由、容錯、時間同步、*分簇、介質訪問控製、軟硬件以及信道建模等內容，討論瞭設計高效能多層協議的必要性，並對高性能信道訪問與路由策略、高可靠性信息傳遞以及水下聲傳感器數據流控製等問題，提齣瞭獨到的見解。

目錄

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章 水下傳感器網絡通信協議設計關鍵問題研究第2章 水下聲傳感器網絡的佳分簇第3章 三維水下無綫傳感器網絡的拓撲控製第4章 水下傳感器網絡的多路徑虛擬匯聚節點結構第5章 ad-hoc網絡和傳感器網絡容錯性研究第6章 傳感器網絡及水下傳感器網絡中的時間同步第7章 水下網絡MAC協議設計第8章 分布式拓撲水下聲網絡的動態A與基於MACA的協議第9章 水下傳感器網絡的MAC層0章 軟件驅動水下傳感器網絡1章 具有智能、安全水聲通信能力的低成本水下傳感器節點的HW/SW協同設計2章 水下聲傳感器網絡的通信建模

作者介紹

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文摘

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序言

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《深海秘語：水下聲學感知與智能應用》 前言 浩瀚的海洋，覆蓋瞭地球錶麵的絕大部分，其深邃的腹地至今仍籠罩著神秘的麵紗。然而，隱藏在這片蔚藍之下的是一個充滿活力的世界，一個通過聲音進行交流、探索和生存的獨特生態係統。從鯨群的低沉吟唱到微小生物的細碎呢喃，聲音是連接這片寂靜水域的生命脈搏，是揭示其奧秘的關鍵鑰匙。 隨著人類對海洋資源開發、環境保護以及科學研究的日益深入，傳統的水下探測方式已顯現齣其局限性。衛星遙感受限於穿透力，潛水器耗時耗力且成本高昂，而聲學探測，憑藉其在水介質中傳播效率高、穿透性強以及信息豐富的特點，逐漸成為研究海洋環境、監控海洋活動、保障海洋安全不可或缺的關鍵技術。 正是在這樣的背景下，《深海秘語：水下聲學感知與智能應用》應運而生。本書並非僅僅聚焦於某一特定的設備或網絡，而是緻力於為讀者呈現一個更為宏大和深入的視角，探討如何構建智能化的水下聲學感知體係，以及如何將這些感知到的信息轉化為具有實際應用價值的智能解決方案。我們將深入剖析水下聲學感知的原理，探索構建高效、魯棒的水下聲學網絡的挑戰與策略，並重點闡述如何 leveraging（利用）先進的人工智能技術，賦予這些感知網絡“智慧”，使其能夠理解、分析並響應復雜的水下聲學信息。 本書的寫作旨在為海洋科學研究者、水下工程技術人員、信息安全專傢以及對海洋科技感興趣的廣大讀者提供一個全麵、深入的學習平颱。我們希望通過係統的梳理和細緻的講解，幫助讀者構建對水下聲學感知技術及其智能化應用的深刻理解，並激發更多創新性的研究和應用。 第一章：水下聲學環境的獨特性與挑戰 海洋，作為地球上最廣闊的介質，其聲學環境與陸地環境存在本質的區彆。深入理解這些獨特性，是進行有效水下聲學感知的前提。 聲波在水中的傳播特性： 水的密度、溫度、鹽度和壓力等因素都會顯著影響聲波的傳播速度和衰減率。我們將詳細分析這些參數如何相互作用，形成復雜多變的聲場。例如，溫度梯度産生的聲波摺射會形成“聲學盲區”，而深度變化引起的壓力影響則會改變聲速剖麵。 水下噪聲源分析： 水下噪聲是影響聲學信號獲取和分析的首要障礙。本書將詳細分類和解析各種類型的自然噪聲和人為噪聲。自然噪聲包括：海洋生物發聲（如鯨、海豚、魚類的鳴叫和哢噠聲），海洋底部的海浪拍打、海底地質活動産生的低頻噪聲。人為噪聲則更為復雜，包括：船舶航行（發動機、螺鏇槳）、聲納探測、海底鑽探、水下施工、石油天然氣勘探等活動産生的聲輻射。這些噪聲源在頻率、強度和時域分布上各不相同，對不同的聲學應用構成不同程度的乾擾。 水下聲學信號的衰減與失真： 聲波在水中傳播過程中會經曆吸收、散射和多途傳播等現象，導緻信號強度衰減、頻率成分改變以及信號形狀失真。我們將深入探討不同頻率下聲波的吸收機製，分析海底、海麵以及水體內部的散射效應，並闡述多途傳播如何導緻信號的乾涉和拖尾，為後續的信號處理帶來巨大挑戰。 水下通信的特殊性： 與空氣中無綫電波的便捷不同，聲波在水下的傳輸速率較低，帶寬有限，且易受乾擾。這使得傳統的水下通信方式麵臨瓶頸。本書將重點關注在這些嚴苛條件下，如何實現可靠的水下聲學通信，為水下節點的協作與信息交換奠定基礎。 環境因素對感知係統的影響： 海流、海底地形、水體渾濁度等環境因素同樣會對水下聲學傳感器的部署、數據采集和信號處理産生影響。例如，強海流可能導緻傳感器位置偏移，復雜的地形會引起聲波的衍射和反射，渾濁的水體則會增加聲波的衰減。 第二章：水下聲學傳感器的原理與技術 精確、可靠的水下聲學傳感器是構建任何聲學感知係統的基石。本章將深入剖析各類傳感器的核心工作原理，並探討其在不同應用場景下的優勢與局限。 壓電傳感器： 作為最常用的水下聲學換能器，壓電傳感器利用壓電效應將聲壓轉化為電信號，或將電信號轉化為聲波。我們將詳細介紹其材料選擇、結構設計、靈敏度與指嚮性等關鍵參數。 電磁式傳感器： 利用導綫在磁場中切割磁感綫産生電流的原理，這類傳感器在特定頻率範圍內具有較高的靈敏度，特彆適用於低頻聲學探測。 光縴傳感器： 利用光縴的摺射率隨外界壓力變化而改變的特性，光縴傳感器在抗電磁乾擾、高靈敏度等方麵具有獨特優勢，尤其適用於海洋環境監測和軍事應用。 生物聲學傳感器： 藉鑒生物體（如魚類側綫、哺乳動物的聽覺係統）的聲學感知機製，研究開發具有仿生特性的新型傳感器，以期在特定場景下實現更高的感知效率和選擇性。 陣列傳感器的優勢： 單一傳感器存在方嚮性差、信息量有限等缺點。因此，聲學陣列（包括綫陣、圓陣、麵陣等）的應用至關重要。我們將深入探討陣列信號處理的基本原理，如波束形成（Beamforming），如何通過組閤多個傳感器的信號來提高係統的方嚮辨彆能力、抑製噪聲以及實現聲源定位。 傳感器的部署策略： 傳感器的有效部署是獲取高質量數據的前提。我們將討論固定式、拖曳式、自主水下機器人（AUV）搭載式等不同部署方式的優劣，以及如何根據監測需求和環境條件選擇最優的部署方案。 傳感器的校準與維護： 傳感器在長期水下工作後，其性能會受到環境因素的影響，需要定期的校準和維護。本章將介紹相關的校準方法和維護注意事項。 第三章：水下聲學網絡中的通信與協作 構建一個能夠實現節點間信息共享和協同工作的網絡，是發揮水下聲學感知係統整體效能的關鍵。本章將重點關注水下聲學通信的挑戰與解決方案，以及網絡節點間的協同機製。 水下聲學通信的協議設計： 由於聲波傳輸的低速率和高延遲特性，傳統的無綫通信協議並不適用。我們將深入探討為水下環境設計的各種通信協議，包括MAC層（如TDMA, CSMA/CA的改進）、網絡層（如基於多跳路由的AODV, DSR的變種）和傳輸層（如ARQ, FEC等糾錯機製）。 多路徑效應與乾擾管理： 水下復雜的多路徑傳播會嚴重影響通信質量。本書將討論如何通過信號處理技術（如均衡技術）和網絡層麵的協作（如選擇性中繼）來減輕多路徑效應的影響。同時，也將探討如何設計有效的乾擾避免和對抗機製。 能量約束下的網絡設計： 水下節點的能量供給是其續航能力的關鍵瓶頸。我們將分析能量消耗模型，並探討低功耗通信協議、休眠機製以及能量感知路由等策略，以延長網絡壽命。 節點的定位與同步： 在進行精確定位和協同探測時，網絡中各節點的準確位置信息和時間同步至關重要。本章將介紹水下節點的三維定位技術（如聲學定位、利用GPS與聲學結閤的混閤定位）以及時間同步的挑戰與解決方案。 異構網絡的挑戰與融閤： 實際的水下聲學網絡往往包含不同類型、不同功能的傳感器和節點，形成異構網絡。我們將討論如何實現異構節點間的兼容性、數據格式的統一以及信息的有效融閤。 水下聲學網絡的拓撲管理： 網絡的拓撲結構（如星型、鏈型、網狀）對網絡的性能有重要影響。我們將分析不同拓撲結構在水下環境下的適用性，並探討動態拓撲的構建與管理策略。 第四章：水下聲學信號處理與信息提取 從嘈雜的水下聲學數據中提取有價值的信息，是智能化應用的基礎。本章將係統介紹水下聲學信號處理的核心技術。 降噪技術： 各種降噪算法，如譜減法、維納濾波、獨立成分分析（ICA）、小波變換等，將如何應用於去除水下噪聲，提升信號的信噪比。 信號檢測與識彆： 如何在低信噪比環境下有效地檢測和識彆目標聲信號，如船舶、潛艇、海洋生物等。我們將介紹匹配濾波、閾值檢測、以及基於機器學習的檢測方法。 聲源定位技術： 精確確定聲源在水下的位置是許多應用的核心。本書將詳細講解基於時差（TDOA）、幅差（DOA）以及多傳感器協同定位等經典和現代的定位算法。 目標分類與識彆： 區分不同類型的聲源，是進行態勢感知和信息分析的關鍵。我們將介紹基於聲學特徵（如頻譜、時域特徵）以及機器學習（如支持嚮量機、深度學習）的目標分類方法。 信道估計與均衡： 針對水下復雜信道引起的信號失真，本章將探討各種信道估計和均衡技術，以恢復原始信號的完整性。 多傳感器數據融閤： 如何結閤多個傳感器獲取的數據，通過分布式或集中式的方法，提高聲源定位、目標識彆等任務的準確性和魯棒性。 第五章：人工智能在水下聲學感知中的應用 人工智能（AI）的飛速發展，為水下聲學感知係統的智能化升級提供瞭前所未有的機遇。本章將聚焦AI技術如何賦能水下聲學應用。 機器學習在信號處理中的應用： 降噪與增強： 利用深度學習模型（如U-Net, GAN）自動學習噪聲特徵，實現更精細的降噪。 目標檢測與識彆： 訓練捲積神經網絡（CNN）、循環神經網絡（RNN）等模型，以高精度識彆和分類水下聲學目標，如識彆不同型號的艦船、區分海洋哺乳動物種類。 異常事件檢測： 利用無監督學習或半監督學習方法，檢測水下異常聲學事件，如非法入侵、設備故障等。 深度學習在聲學成像與場景理解中的應用： 聲學成像增強： 通過深度學習模型提高低分辨率聲學圖像的質量，或從低信噪比數據中重建更清晰的圖像。 水下環境態勢感知： 利用AI模型對聲學數據進行綜閤分析，理解水下場景中的活動，如海洋生物的聚集區域、船舶的航行路徑、潛在的危險區域等。 強化學習在網絡優化與自主決策中的應用： 自適應通信協議： 利用強化學習動態調整通信參數（如傳輸功率、數據速率），以適應不斷變化的水下聲學信道。 智能路徑規劃： 為自主水下機器人（AUV）設計智能的聲學探測路徑，最大化信息獲取效率，同時規避危險。 協同探測策略： 利用強化學習訓練多個節點，使其能夠自主協商並執行最優的協同探測任務。 自然語言處理（NLP）在聲學信息分析中的應用（類比）： 雖然水下聲學並非直接的自然語言，但我們可以類比NLP的思路，對復雜的生物發聲序列進行模式識彆和意義挖掘，甚至嘗試破譯海洋生物的“語言”。 AI模型的可解釋性與魯棒性： 探討如何提高AI模型在水下聲學應用中的可解釋性，以及如何使其在復雜多變的水下環境中保持魯棒性。 第六章：水下聲學感知係統的實際應用 水下聲學感知技術已廣泛應用於國民經濟和國防安全的多個領域。本章將通過具體案例，展示其強大的實際應用價值。 海洋環境監測與研究： 生物聲學研究： 監測海洋生物的分布、遷徙規律、種群數量變化，研究其行為模式和交流方式。 海洋地質勘探： 利用聲學技術探測海底地質構造、沉積層厚度、尋找海底礦産資源。 水體質量監測： 通過分析水下聲學特徵，評估水體的物理、化學和生物參數。 氣候變化研究： 監測海洋聲學環境的變化，研究其與氣候變化之間的關聯。 水下目標探測與識彆： 國防安全： 偵察監視敵方艦船、潛艇活動，進行水下態勢感知。 搜救行動： 定位失事船隻、飛機殘骸，搜尋失蹤人員。 反恐與安保： 監測港口、重要航道的水下安全，防止非法活動。 水下基礎設施的監測與維護： 海底管道與電纜監測： 監測其完整性，及時發現泄漏或損壞。 海上石油平颱與風力發電場的安全監測： 監測水下結構物的狀態，防止意外事故。 水下考古： 探測和定位水下古遺址、沉船，輔助考古研究。 水下通信與導航： 水下機器人（AUV/ROV）的導航與通信： 實現自主導航、遠程遙控以及數據迴傳。 水下基站與節點間的通信： 支持水下數據網絡的構建。 第七章：未來展望與挑戰 盡管水下聲學感知技術已取得顯著進展，但麵嚮更廣闊的海洋探索和更智能的應用，仍麵臨諸多挑戰，同時也孕育著無限的機遇。 智能化水平的持續提升： 結閤更先進的AI算法，實現對復雜水下聲學信息的更深層次理解和更精準的預測。 低功耗與長續航技術： 研發更高效的能量采集和管理技術，實現水下傳感器網絡的長期自主運行。 魯棒性與可靠性： 應對極端水下環境帶來的嚴峻挑戰，提高感知係統的魯棒性和抗乾擾能力。 多模態信息融閤： 將聲學感知與其他感知方式（如光學、磁力、化學）進行融閤，構建更全麵的水下信息感知體係。 海洋大數據分析與挖掘： 建立大規模的水下聲學數據庫，利用大數據技術挖掘潛在的海洋規律和知識。 標準化與互操作性： 推動水下聲學技術和網絡的標準化，促進不同係統之間的互聯互通。 倫理與安全考量： 在應用過程中，需充分考慮數據隱私、信息安全以及對海洋生態環境的影響。 結語 《深海秘語：水下聲學感知與智能應用》力圖為讀者呈現一幅關於水下聲學感知技術發展的全景圖。我們相信，隨著技術的不斷進步和應用的深入拓展，這片神秘的藍色星球將嚮我們揭示更多令人驚嘆的秘密。我們期待本書能激發您對水下世界的好奇心，並為您的探索與創新之旅提供有益的啓迪。 緻謝 （在此處可以根據實際情況添加緻謝內容，感謝在本書撰寫過程中給予幫助的個人或機構。） 參考文獻 （在此處可以列齣書中引用的相關文獻，以供讀者進一步參考。）

評分☆☆☆☆☆

我不得不說，這本書的作者在某些特定領域的知識儲備深不可測，尤其是涉及到海洋聲學與信息傳輸的耦閤機製部分，其論述的深度和廣度遠超齣瞭我的預期。我之前一直睏惑於跨頻率乾擾抑製的理論瓶頸，而這本書中提齣的一個基於非綫性動力學模型的解決方案，讓我茅塞頓開，這絕對是這本厚重著作中最閃耀的亮點之一。作者沒有停留在傳統的傅裏葉分析層麵，而是大膽地引入瞭時頻分析的新視角，使得原本模糊不清的邊界條件變得清晰可辨。這種敢於突破現有範式、勇於探索未知領域的學術精神，是這本書最寶貴的財富。當然，對於剛接觸這門學科的讀者來說，直接跳入這部分內容可能會感到吃力，因為它需要讀者具備一定的泛函分析基礎，或許在導論部分增加一個“預備知識”的簡要迴顧會更友好一些，讓不同背景的讀者都能順利過渡。

評分☆☆☆☆☆

從學術研究的視角來看，這本書最大的貢獻在於它提供瞭一個係統性的批判性分析框架。它沒有盲目推崇任何一種現有的技術路綫，而是像一個冷靜的裁判員，對各種主流技術進行瞭多維度、多指標的橫嚮對比和縱嚮剖析。讀到它對“環境不確定性”的建模方法進行評述時，我深感震撼，作者精準地指齣瞭當前多數模型在麵對非平穩、強隨機性的海洋噪聲時所存在的內在缺陷。這種“批判即是進步”的治學態度，讓人受益匪淺。這本書更像是一份高級的學術綜述，它不僅僅是知識的傳遞，更是一種思維方式的培養，它引導著讀者去質疑、去深入、去尋找更健壯的解決方案。如果說有什麼可以改進的地方，那就是附錄部分可以加入一個標準化術語錶，因為書中涉及的縮寫和專業名詞密度非常高，方便讀者快速查閱和記憶。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容編排邏輯性強得驚人，完全不像有些技術書籍那樣東拉西扯，而是遵循著從宏觀到微觀、從基礎理論到前沿應用的嚴密遞進關係。我花瞭整整一個下午的時間來梳理它的章節結構，發現作者構建瞭一個非常紮實的知識體係框架。特彆是關於信號處理那一塊，作者似乎對現有主流算法的優缺點瞭如指掌，不僅列舉瞭它們的數學模型，還詳細分析瞭在不同海洋環境噪音背景下的實際適用性差異，這一點對我目前正在進行的項目非常有指導意義。相比於市場上那些隻是羅列公式的書籍，這本書的價值在於它提供瞭大量的“為什麼”和“如何做”的思考路徑。唯一美中不足的是，書中某些關鍵算法的僞代碼部分，如果能配上更現代的編程語言示例，比如Python或MATLAB的函數實現，對於工程實踐者來說，會更加便捷和實用，現在這樣純理論的描述，在轉化為實際代碼時還是需要做一些額外的轉換工作。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計實在是太吸引人瞭，封麵采用瞭深邃的藍色調，仿佛真的能感受到深海的神秘與靜謐。拿到手裏，紙張的質感也相當不錯，拿在手中分量十足，讓人覺得這絕對是一本用心打磨的專業著作。內頁的排版清晰流暢，圖錶和公式的繪製都非常規範，看得齣來作者在學術嚴謹性上是下足瞭功夫的。我尤其欣賞它在理論闡述上的深入淺齣，雖然主題聽起來非常高深，但作者似乎總能找到一種恰當的比喻或實例，將復雜的概念娓娓道來，即便是初涉這個領域的人也能大緻把握住核心的脈絡。不過，我對其中關於某些新型材料在極端水壓下錶現的論述部分，感覺略顯單薄，也許是受限於篇幅，但如果能再加入一些具體的實驗數據佐證，那就更加完美瞭。整體而言，這本書的視覺體驗和初步的閱讀感受，給人一種非常權威和值得信賴的感覺，讓人對接下來的深入閱讀充滿期待。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書的初稿部分（我指的是那些關於部署和維護的章節），我産生瞭一種強烈的現場感，仿佛自己正站在波濤洶湧的海麵上，指揮著水下設備的布放工作。作者描述的那些實際工程中的“陷阱”和“坑點”，真實得讓人心驚，比如傳感器陣列在不同深度溫躍層附近如何發生聲波摺射導緻的定位誤差，這些細節在其他教科書中是絕對看不到的。這錶明作者絕非紙上談兵，而是擁有豐富的實戰經驗。這些經驗性的總結，對於避免我們在實際項目中走彎路，具有不可估量的價值。不過，在關於能源效率和長效續航的討論上，篇幅似乎分配得不夠充分，考慮到水下設備的維護成本極其高昂，未來如果能增加一個專門的章節，詳細分析一下低功耗通信協議的選擇和能耗優化策略，那這本書的實用價值會再上一個颱階。