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內容簡介

《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》反映瞭魚雷聲自導信號處理的發展前沿和國內目前現有的研究狀況，麵嚮魚雷自導、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

第1章 緒論
1.1 水下聲信號處理研究的意義
1.2 國內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

精彩書摘

相對於其他載體而言，聲波是目前唯一能夠進行水下遠程探測、通信的手段。現代魚雷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、自導魚雷等先進裝備，進行電子對抗、實現精確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、目標參量精確估計、目標識彆與反對抗等能力，實現精確導引的要求。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）目標對魚雷的防禦和對抗，如采用各類誘餌、反魚雷魚雷、反魚雷深彈等對魚雷進行誘騙和攔截，降低瞭魚雷攻擊的有效性；
（4）目標對自身的防護（如采用裝甲和隔艙），降低瞭魚雷的毀傷效果。
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、目標參量精確估計和目標特徵提取，便於魚雷反對抗。以下從幾個方麵說明寬帶信號處理研究的必要性。

前言/序言

　　傳統的水下聲信號處理技術是建立在窄帶匹配濾波理論基礎上的。由於窄帶信號形式簡單、處理方便、計算量小，其已廣泛應用於水聲信號處理的各個領域，如魚雷製導、水聲對抗、水下通信等。但是，由於窄帶係統存在參數估計精度低、目標識彆能力差、目標迴波攜帶信息量小等弱點，因此在對水聲信號進行處理和特徵提取時存在一定的局限性。早在20世紀60年代寬帶技術就應用於軍事領域，寬帶信號具有目標迴波攜帶信息量大、混響背景相關性弱等特點。寬帶的水下聲信號處理係統與傳統的窄帶係統相比，具有探測精度高，抗乾擾能力強，可提高目標檢測概率等諸多優勢。因此，有利於目標信號的檢測、參數的精確估計以及目標特徵提取。目前，寬帶信號處理已經受到水聲界的廣泛關注。
　　寬帶處理從方法上大體可分為兩大類：一類是傅裏葉綜閤法，即將寬帶信號以一定步長分為若乾窄帶信號，進而利用傳統的窄帶方法進行處理，再將結果綜閤，但這樣的處理並不總是有效的，且存在著較大係統偏差；另一類是對寬帶信號進行二維處理，如寬帶模糊度函數方法，以及近年來迅速發展的現代信號處理方法，如小波變換、時頻分析等，其中小波變換是為剋服傅裏葉分析不能做局部分析的缺點而提齣來的，由於其分析時間一頻率局部化的卓越效果而備受關注，成為信號處理、信息獲取與處理等許多領域首選的數學分析工具，特彆適於對非平穩信號、寬頻帶信號的處理。群論從20世紀晚期開始作為基礎性工具得到廣泛應用，與小波變換理論緊密聯係，成為寬帶信號處理的有力數學工具。
　　對主動聲探測係統而言，為對抗混響乾擾，除瞭采用先進的發射波形設計之外，還可進行信號處理算法研究。在空時自適應處理領域，二維聯閤處理能夠獲得比通常空時級聯處理更好的性能，但是之前的空時自適應處理方法多是針對於雷達信號，本書在其水下聲信號抗混響方麵的應用進行瞭研究和論述。
　　本書主要介紹瞭水下聲信號的寬帶處理方法和空時自適應處理抗混響原理與方法。
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