声纳阵列信号处理技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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杜选民 著

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• 声纳
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• 阵列信号处理
• 水声
• 雷达
• 自适应滤波
• 波束形成
• 空间谱估计
• 目标检测
• 噪声抑制

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121336492

商品编码：26263796309

包装：平装

出版时间：2018-02-01

基本信息

书名：声纳阵列信号处理技术

：58.00元

作者：杜选民

出版社：电子工业出版社

出版日期：2018-02-01

ISBN：9787121336492

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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阵列信号处理是现代声纳设备的核心功能之一。通过接收阵列的信号处理，可以获取空间指向性增益，提高空间分辨和干扰抑制能力，实现对目标的检测与跟踪、方位与距离估计；通过发射阵列的信号处理，可以获取具有一定时延差或相位差的阵元信号，从而形成指向性发射波束，提高声源级；通过空-时自适应处理，可以提高对弱目标的检测能力。近年来，声纳技术不断发展，出现了多线列阵声纳、连续波声纳、MIMO声纳等新体制声纳以及自适应盲处理、时反处理、矢量信号处理、鲁棒性波束形成、模基信号处理等新型处理算法，这些都是声纳阵列信号处理的发展与丰富。本书深入、系统地介绍了可应用于实际声纳设备的阵列信号处理技术，在简单的原理接收基础上又大量的计算机模拟仿真及湖、海试实际数据的处理结果。另外本书有较大篇幅的声纳阵列信号处理领域的新技术介绍。

目录

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第1 章 声场概述············································································································1

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

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

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1.3 声学基本物理量········································································································ 1

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1.4 理想流体介质中小振幅波传播的基本规律······························································ 2

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1.4.1 理想流体介质······································································································· 2

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1.4.2 连续性方程·········································································································· 3

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1.4.3 状态方程············································································································· 3

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1.4.4 运动方程············································································································· 4

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1.4.5 波动方程············································································································· 4

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1.4.6 速度势函数·········································································································· 4

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1.4.7 亥姆霍兹方程······································································································· 5

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1.4.8 三种不同坐标系下亥姆霍兹方程求解····································································· 5

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1.4.9 线性滤波器理论框架下波动方程求解····································································· 9

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1.4.10 介质特性阻抗··································································································· 11

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1.5 分层介质中的波传播······························································································· 11

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1.5.1 平行平面层中波传播的一般关系·········································································· 11

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1.5.2 边界条件··········································································································· 12

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1.5.3 硬底均匀浅海声场······························································································ 12

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1.5.4 液态海底均匀浅海声场······················································································· 14

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1.6 声场传播基本模型··································································································· 15

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1.7 声学工具·················································································································· 16

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1.8 本章小结·················································································································· 17

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参考文献······························································································································17

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第2 章 基阵理论基础···································································································18

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

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2.2 基阵的主要性能参数······························································································· 18

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2.2.1 常见的基阵类型································································································· 18

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2.2.2 主要性能参数····································································································· 18

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2.3 均匀线列阵·············································································································· 21

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2.3.1 基阵响应（指向性函数） ···················································································· 22

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2.3.2 乘积定理··········································································································· 24

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2.3.3 幅度加权··········································································································· 25

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2.3.4 波束扫描··········································································································· 25

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2.3.5 离散空间傅里叶变换··············································

浅析水下声学探测与通信的基石——海洋声学传感网络 海洋，这片广袤而神秘的蓝色疆域，不仅孕育了万千生命，更蕴藏着丰富的资源和未解的谜团。人类探索海洋、开发海洋、保护海洋的需求，催生了一系列先进的水下探测与通信技术。而在这其中，海洋声学传感网络作为一项关键的基础性技术，扮演着不可或缺的角色，它就像是海洋的“眼睛”和“耳朵”，为我们揭示着水下世界的蛛丝马迹。 海洋声学传感网络，顾名思义，是由一系列布置在水下的声学传感器组成的网络系统。这些传感器并非孤立存在，而是通过预设的通信链路，将收集到的声学信息进行实时传输、融合和处理，最终形成对水下环境的全面认知。其核心目的在于实现对水下目标的探测、识别、跟踪，以及对水下环境参数的监测，并为水下通信提供可靠的介质。 网络的构成要素与工作原理： 一个典型的海洋声学传感网络通常包含以下几个关键部分： 1. 声学传感器节点（Acoustic Sensor Nodes）： 这是网络的“触角”和“神经末梢”。每个节点通常集成了声学换能器（如水听器或声呐换能器），用于接收或发射声波信号。除此之外，它还包含数据采集与处理单元（如微处理器、模数转换器）、通信模块（用于与其他节点或基站进行信息交换）以及能源供应模块（如电池或能量收集装置）。传感器的类型多样，根据任务需求，可能包括宽带或窄带的水听器、阵列式水听器、主动声呐换能器等。 2. 通信网络（Communication Network）： 声学信号的传输和节点间的协调，离不开一个高效的通信网络。在水下环境中，电磁波传输受限，因此声波通信是主要的传输方式。这包括点对点通信、中继通信以及多跳通信等。通信网络的拓扑结构（如星型、链型、网状型）的选择，对网络的覆盖范围、鲁棒性和信息传递效率有着至关重要的影响。节点间的通信协议也需要针对水下声学信道的特点进行优化，以克服信号衰减、多径效应和噪声干扰等挑战。 3. 数据处理与融合中心（Data Processing and Fusion Center）： 这是网络的“大脑”。它接收来自各个传感器节点的海量原始数据，并对其进行进一步的分析、处理和融合。常用的处理技术包括信号增强、目标检测、特征提取、跟踪滤波等。数据融合是将来自不同传感器、不同时间、不同角度的信息进行整合，以获得比单一传感器更全面、更准确的感知结果。例如，通过融合多个水听器的信息，可以提高目标定位精度，或识别出水下目标的方向。 4. 能源供应系统（Power Supply System）： 水下环境的特殊性使得能源供应成为一个巨大的挑战。长效的电池续航能力、可靠的能量收集技术（如利用海洋温差、潮汐能等）以及低功耗的设计理念，是维持网络长期稳定运行的关键。 应用场景与技术价值： 海洋声学传感网络的应用领域极为广泛，其技术价值体现在多个方面： 海洋科学研究： 海洋生物监测： 通过接收和分析海洋生物发出的声学信号（如鲸豚的叫声、鱼类的活动声），研究其分布、行为模式、迁徙规律以及种群数量，为海洋生态环境保护提供科学依据。 海底地质勘探： 利用主动声呐系统，探测海底地形地貌、沉积层结构、矿产资源分布等，为海底资源的开发和地质灾害的预警提供信息。 水文海洋学研究： 监测海流、声速剖面、海浪等海洋参数，为海洋动力学模型的研究和预测提供数据支持。 环境噪声监测： 监测人为活动（如船舶航行、声纳使用）产生的海洋噪声，评估其对海洋生物和生态环境的影响，为制定噪声管理政策提供依据。 国防与安全： 水下目标探测与跟踪： 部署在重要海域的声学传感网络，能够实时探测和跟踪潜艇、水雷、无人潜航器等水下目标，为国家安全提供预警和防御能力。 水下侦察与情报收集： 监测水下活动，收集潜在威胁信息，为军事行动提供决策支持。 海底通信与导航： 为水下作战平台、无人潜航器等提供安全可靠的水下通信和导航服务。 海洋工程与资源开发： 海底管道与设施监测： 监测海底石油天然气管道、海底电缆、海上风力发电平台等关键基础设施的完整性和安全性，及时发现并预警潜在的泄漏、断裂或损坏。 海洋资源勘探与开发： 辅助勘探海底矿产资源，监测海洋石油天然气钻井平台的运行状态。 水下考古： 协助探测和定位水下沉船、遗址等，为水下文化遗产的保护和研究提供帮助。 搜救与应急响应： 失事船只与飞机定位： 在发生海难事故时，声学传感网络可以快速定位黑匣子、失事船体等，协助搜救行动。 灾害预警： 监测海底地震活动、海啸产生的声学特征，为沿海地区提供灾害预警。 关键技术挑战与发展趋势： 尽管海洋声学传感网络展现出巨大的应用潜力，但在其发展过程中，仍然面临着一系列的技术挑战： 水下通信的鲁棒性与带宽： 声波在水中的传播损耗大，且容易受到海洋环境（如温度、盐度、深度变化）和人为活动的影响，导致通信不稳定、带宽受限。如何提高水下声学通信的鲁棒性、可靠性和数据传输速率是关键。 能源的持久性与自给自足： 传统的电池供能难以支撑传感器网络长期、大范围的部署。发展高效的能量收集技术和低功耗设计是必不可少的。 节点的精确部署与协同： 在复杂的海洋环境中，如何实现传感节点的精确部署、保持节点间的稳定连接以及进行高效的协同工作，是网络能否有效运行的关键。 海量数据的处理与实时性： 传感器节点会产生海量的声学数据，如何对其进行快速、高效的处理、融合和分析，并保证实时的信息反馈，对算法和计算能力提出了很高要求。 环境的适应性与隐蔽性： 传感器节点需要具备良好的抗腐蚀、抗压能力，能够在不同的海洋环境下长期稳定工作。同时，在某些应用场景下，还需要考虑节点的隐蔽性，避免被探测到。 面向未来，海洋声学传感网络的发展将朝着更加智能化、集成化、网络化和自主化的方向迈进。 智能化与自适应性： 传感器节点将具备更高的智能化水平，能够自主地进行信号处理、目标识别和任务规划，并根据海洋环境的变化进行自适应调整。 集成化与小型化： 将更多的功能集成到单个传感器节点中，实现传感、处理、通信一体化，同时追求节点的微型化，降低部署成本和环境影响。 网络化与协同化： 构建更大规模、更高集成度的网络，实现节点间的深度协同，形成分布式智能感知能力，突破单节点能力的限制。 自主性与无人化： 结合无人潜航器、水面无人艇等平台，构建具备自主移动、自主部署、自主作业能力的海洋声学传感网络，实现对海洋环境的立体、动态、全天候监测。 多模态融合： 将声学传感与其他传感模态（如光学、电磁、化学等）进行融合，构建多模态海洋感知系统，以获得更全面、更准确的水下信息。 总而言之，海洋声学传感网络作为水下声学探测与通信的核心支撑技术，其发展不仅推动着海洋科学研究的深入，也为国防安全、资源开发和环境保护等领域提供了强大的技术保障。随着技术的不断进步，我们有理由相信，未来的海洋声学传感网络将为人类探索和利用海洋开辟更广阔的道路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计挺有意思的，采用了深邃的蓝色背景，上面点缀着一些抽象的声波图案，看起来很有科技感，也暗示了内容与海洋探测和信号分析有关。我之前对声纳技术一直很好奇，总觉得它神秘又强大，能够“看穿”水下的世界。拿到这本书，我期待着能更深入地了解这项技术是如何运作的，比如声纳阵列这个词，听起来就很复杂，是不是就像有很多个“耳朵”在同时听声音，然后通过某种方式把这些信息整合起来？这本书会不会从最基础的声波原理讲起，然后逐步深入到阵列的组成、信号的采集和处理？我希望它不仅仅是枯燥的公式和理论，还能有一些实际的应用案例，比如在海洋测绘、军事侦察或者水下考古中，声纳阵列是如何发挥作用的。最好还能配上一些图示，把那些抽象的概念具象化，这样更容易理解。总之，这本书给我的第一印象就是专业、前沿，而且似乎蕴含着不少解决水下未知世界奥秘的钥匙。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书的作者在概念阐释上的严谨性。从我粗略的翻阅来看，作者似乎非常注重基础概念的铺垫，并且循序渐进地引入更复杂的知识体系。对于声纳阵列这样一个相对来说比较专业的领域，我担心一开始就接触到大量艰深的数学公式，可能会望而却步。但是，这本书给我一种踏实的感觉，它似乎是在尝试构建一个清晰的知识框架，让读者能够在一个坚实的地基上，逐步向上构建理解的大厦。我希望这本书能详细介绍不同类型的声纳阵列，比如线阵、面阵、圆阵等，以及它们各自的优缺点和适用场景。同时，关于信号的建模和仿真，也是我非常感兴趣的部分。如果书中能提供一些关于如何对水下声传播环境进行建模，以及如何模拟声纳阵列接收信号的实例，那将极大地提升这本书的学习价值。我期待这本书能成为我深入了解声纳阵列技术的一个可靠的起点。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版风格我挺喜欢的，字体大小适中，行距也比较舒适，阅读起来不会感到压抑。我翻了一下目录，看到里面涉及了不少信号处理的专业术语，像“波束形成”、“脉冲压缩”、“自适应滤波”等等，这些都是我不太熟悉的领域，但听起来就很有研究的价值。我比较关心的是，书中对于这些技术的讲解是否足够详尽？会不会解释清楚这些技术背后的数学原理，以及它们是如何在声纳阵列中实现的？毕竟，声纳阵列的强大之处就在于能够对接收到的信号进行精细的处理，从而提高探测的精度和分辨率。我希望作者能在保证科学性的同时，也尽量让内容通俗易懂，能够引导我一步步地掌握这些核心技术。如果书中能够包含一些算法的伪代码或者流程图，那就更好了，这样我不仅能理解理论，还能知道如何去实现。我对声纳阵列在水下目标识别和跟踪方面的应用尤为感兴趣，这本书能否在这方面提供一些深度解析？

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节设置显得非常有逻辑性，仿佛为读者精心设计了一条学习路径。我初步浏览了一下，感觉作者的写作风格偏向于理论深度和技术细节的挖掘，这正是我所寻求的。我希望这本书能深入探讨声纳阵列的信号接收机理，包括阵元之间的信号耦合、噪声的来源和特性，以及如何通过先进的信号处理算法来抑制噪声、增强目标信号。特别是关于“自适应波束形成”这类能够根据实际环境动态调整的算法，我非常好奇其背后的原理和实现方式。这本书是否会详细介绍这些自适应算法的数学模型和收敛性分析？此外，我希望它也能触及一些最新的研究进展，比如机器学习在声纳信号处理中的应用，或者新型声纳阵列的设计理念。总而言之，我期待这本书能够提供扎实的理论基础和前沿的技术视野，帮助我提升在声纳信号处理领域的专业素养。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我脑海中立刻浮现出那些在茫茫大海深处工作的精密仪器，它们是如何将微弱的声波信号捕捉并转化为有意义的信息的？这本书的书名《声纳阵列信号处理技术》恰好点明了核心。我最期待的是，这本书能详细解读“阵列”这一概念在声纳技术中的重要性。它是不是像人有多只耳朵，可以更精准地判断声音的方向和距离？书中会详细阐述不同阵列构型的优势和劣势吗？例如，线阵与面阵在实际应用中有何不同？更重要的是，我希望这本书能深入浅出地讲解“信号处理”的具体技术。比如，如何从嘈杂的海底环境中提取出微弱的目标回波？脉冲压缩、多普勒处理、空间滤波等这些我只是依稀听过的概念，这本书能否为我一一揭开面纱？我希望它不仅能告诉我“是什么”，更能告诉我“为什么”和“怎么做”，最好还能通过实例来加深理解。