BF:水下声信号处理技术 刘朝晖 国防工业出版社 9787118070019 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘朝晖 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118070019

商品编码：29406675284

包装：精装

出版时间：2010-04-01

基本信息

书名:水下声信号处理技术

定价：52.00元

售价：41.6元

作者:刘朝晖

出版社：国防工业出版社

出版日期：2010-04-01

ISBN：9787118070019

字数：

版次：1

装帧：精装

开本：16开

编辑推荐

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内容提要

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本书主要介绍了宽带信号及处理的内涵、时间一尺度域特征；发射信号的设计，目标回波信号的检测和参量估计；小波变换域估计器一相关器，散射函数的估计对于物理参数的测量误差的敏感性；利用卡尔曼滤波估计复杂运动目标的多亮点位置和速度，分析小波变换域估计器一相关器对于散射函数误差的灵敏性。另外，介绍了全维和降维空时自适应处理(STAP)的原理，讨论了STAP抗混响的基本结构和流程，叙述了在三种不同应用场合下的降维STAP抗混响方法，并分析了各自的处理性能。
本书反映了声自导信号处理的发展前沿和国内目前现有的研究状况，面向自导、水下声信号处理技术研究和该领域从事宽带系统实现设计的广大科研和工程设计人员，也可作为相关专业研究生和高年级本科生的参考资料。

目录

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第1章 绪论
　1.1 水下声信号处理研究的意义
1.2 国内外相关研究的历史与现状
1.3　主要内容与安排
参考文献
第2章 宽带处理与宽带信号分析
　2.1 宽带信号与宽带处理
2.1.1　宽带的信号与宽带处理的内涵
2.1.2 目标回波的宽带模型
2.1.3　宽带信号处理与小波变换
2.2　宽带信号分析
2.2.1　宽带调频信号
2.2.2　时间频率分集信号
2.2.3 回声定位动物发声信号
2.2.4　信号分析小结
参考文献
第3章 点目标的宽带检测与参数估计
3.1 宽带主动信号波形设计
3.1.1 主动信号检测波形设计
3.1.2 宽带主动信号参量估计波形设计
3.2 点目标检测
3.2.1 宽带小波检测器
3.2.2 尺度宽容小波检测器
　……
第4章　小波变换域估计器－相关器
第5章　散射函数估计对物理参数误差的敏感性
第6章　宽带散射函数估计与更新的卡尔曼算法
第7章　小波变换域估计器－相关器对散射函数误差的敏感性
第8章　空时自适应处理抗混响原理
第9章　降维STAP护混响方法
参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《水下声信号处理技术》 图书简介 《水下声信号处理技术》一书，由刘朝晖教授主编，国防工业出版社出版，ISBN号为9787118070019，是一部专注于水下声信号处理领域深度探索的学术专著。本书旨在系统、全面地阐述水下声信号的特性、传播机理、探测技术以及先进的信号处理方法，为读者提供一个扎实的理论基础和丰富的实践指导。全书内容严谨，逻辑清晰，尤其适合从事水声工程、海洋探测、水下通信、声纳系统研发、海洋环境监测等领域的科研人员、工程师、高校师生以及相关技术爱好者阅读。 第一章：绪论：水下声学与信号处理的交汇 本章首先为读者搭建起一个宏观认识的平台，深入浅出地介绍了水下声学研究的重要性和应用价值。从海洋的广阔神秘到人类对海洋资源开发利用的日益增长的需求，水下声学作为一种高效、可靠的信息获取手段，其地位愈发凸显。接着，本章将水下声信号处理技术置于这一宏大背景下进行阐述，强调了信号处理在理解和利用水下声学信息中的核心作用。 水下声学研究的重要性与挑战： 详细阐述了水下声学在军事、科学研究、资源勘探、环境保护等诸多领域的关键作用。同时，也深刻剖析了水下声学研究面临的独特挑战，例如信号衰减、混响、噪声干扰、传播路径复杂多变以及测量手段的局限性等，这些挑战都极大地增加了水下声信号的处理难度。 水下声信号的特性与分类： 深入探讨了水下声信号的物理本质，包括其产生机制、传播方式以及在不同介质和环境下的表现。根据信号的来源和性质，对水下声信号进行详细分类，如自然噪声（海浪、降雨、海洋生物等）、人为噪声（船舶、声纳、水下作业等）以及目标信号（如潜艇、水雷、鱼群等）。理解这些特性是后续处理的基础。 信号处理在水下声学中的作用： 强调了信号处理技术在提取、增强、识别和解释水下声信号中的不可替代性。从早期的滤波、去噪，到现代的自适应信号处理、机器学习等，信号处理技术的发展直接推动了水下声学应用水平的飞跃。 本书的研究内容与章节安排： 对全书的整体结构和各章节的研究重点进行简要介绍，使读者对本书的学习脉络和内容框架有一个清晰的认识。 第二章：水下声传播模型与环境效应 本章是理解水下声信号行为的关键。它系统地阐述了声波在海水中的传播规律，以及影响传播的各种环境因素。 声波在海水中的传播规律： 详细介绍了声波在均匀介质中的基本传播理论，如波动方程、声压、声强等概念。在此基础上，重点分析了海水介质的特性对声波传播的影响，包括密度、压缩性、温度、盐度和压力的变化如何影响声速，进而影响声波的传播路径和衰减。 声传播中的关键效应： 深入探讨了多种影响水下声传播的关键物理现象。 衰减： 详细阐述了声波能量在传播过程中因吸收和散射而损失的机制，包括分子吸收、粘滞吸收、粒子散射等，并介绍了不同频率下衰减的差异。 反射与折射： 分析了声波在海水边界（如海面、海底）以及密度和声速不均匀层（如温跃层、盐跃层）的反射和折射现象，介绍了Snell定律在水下传播中的应用。 衍射： 讨论了声波绕过障碍物或通过狭窄通道时的衍射现象。 混响： 详细阐述了声波在海底、海面、水体内部以及海洋生物等多种目标上的散射和反射形成的混响，分析了混响的成因、特性以及对信号检测的影响，这是水下声信号处理中一个至关重要的挑战。 影响水下声传播的环境因素： 海洋结构： 详细分析了海洋内部的温度、盐度、压力分层结构（如混合层、温跃层、深层水）对声速剖面的影响，以及声速剖面如何形成波导效应、聚焦区、阴影区等，进而影响声波的传播路径和强度分布。 海底地貌与沉积物： 阐述了海底地形（如斜坡、海沟）和海底地质（如沙质、泥质、岩石）对声波反射、散射和吸收的影响，不同海底性质造成的混响和衰减差异。 海面状态： 分析了海浪、泡沫等海面因素对声波传播的影响，特别是对近海面信号的干扰。 海洋生物： 讨论了鱼群、海洋哺乳动物等生物活动产生的声学信号以及对声波传播的散射和吸收效应。 常用声传播模型： 介绍了目前在水下声传播研究中常用的模型，如射线理论模型、简正波理论模型、抛物方程模型等，并分析了它们各自的适用范围、优缺点以及在工程应用中的价值。 第三章：水下声信号的探测与测量 本章聚焦于水下声信号的接收和原始数据的获取，介绍常用的探测设备和测量技术。 水听器： 详细介绍了水下声信号的传感元件——水听器。 工作原理： 阐述了压电效应、磁致伸缩效应等原理在水听器中的应用。 类型与特性： 介绍了各种类型的水听器，如圆柱形、球形、板状等，以及它们的频率响应、指向性、灵敏度、噪声特性等关键参数。 阵列水听器： 重点介绍了线性阵列、平面阵列、三维阵列等水听器阵列的构成、作用以及在提高信噪比、实现波束形成等方面的优势。 声纳系统： 介绍了水下声信号探测的核心装备——声纳系统。 主动声纳： 阐述了主动声纳的工作原理，包括发射声波、接收回波，以及如何根据回波信息来探测和识别目标。分析了其优点（如探测距离远、目标信息丰富）和缺点（如易暴露自身）。 被动声纳： 阐述了被动声纳的工作原理，即只接收目标自身发出的声信号，以及如何根据接收信号来识别和定位目标。分析了其优点（如隐蔽性好、探测范围广）和缺点（如依赖目标主动辐射声信号、易受环境噪声干扰）。 声纳系统的组成： 介绍了声纳系统的一般组成部分，包括换能器（收发一体）、发射机、接收机、信号处理器、显示与记录设备等。 水声通信系统： 介绍了水下声信号作为通信媒介的应用，包括水声通信系统的基本原理、组成以及数据传输方式。 测量技术与实验方法： 探讨了在实际海洋环境中进行水声信号测量的技术细节，包括测量平台的选择（船舶、AUV、ROV等）、数据采集与存储、实验设计等。 第四章：水下声信号的预处理与增强 本章是信号处理的起点，介绍了如何对原始水下声信号进行有效的预处理，以提高信号质量，为后续分析打下基础。 信号采集与数字化： 讲解了模拟信号转换为数字信号的过程，包括采样率、量化深度等关键参数的选择，以及数字信号处理的优势。 滤波技术： 时域滤波： 介绍了移动平均滤波、中值滤波等简单滤波方法。 频域滤波： 详细阐述了低通、高通、带通、带阻滤波器在去除特定频段噪声方面的应用，以及FFT（快速傅里叶变换）在频域分析中的作用。 自适应滤波： 重点介绍了LMS（最小均方）算法、RLS（递归最小二乘）算法等自适应滤波器的原理与应用，它们能够根据噪声特性动态调整滤波器参数，对时变噪声具有良好的抑制效果。 噪声抑制技术： 信号增强： 介绍了谱减法、维纳滤波等经典的信号增强算法，用于提升目标信号在噪声背景下的可懂度。 波束形成技术： 详细阐述了水听器阵列如何通过空间滤波来抑制非定向噪声，增强来自特定方向的目标信号。介绍了延迟-叠加波束形成、LCMV（线性约束最小方差）波束形成等技术。 信号去混响： 针对水下声信号特有的混响问题，介绍了相关的去混响技术，如基于时域或频域的滤波方法、迭代算法等。 时频分析： 介绍了短时傅里叶变换（STFT）、小波变换等时频分析工具，它们能够捕捉信号随时间变化的频率特性，对于分析非平稳的水下声信号（如调制信号、生物信号）尤为重要。 第五章：水下声信号的识别与分类 本章将深入探讨如何从复杂的海洋背景中提取有用的信息，并对目标进行准确的识别和分类。 目标信号的特征提取： 时域特征： 如幅度、能量、包络、过零率等。 频域特征： 如基频、谐波、频谱包络、谱亮度等。 时频域特征： 如信号的时频分布形态、能量集中度等。 统计特征： 如均值、方差、偏度、峰度等。 匹配滤波与相关技术： 介绍了匹配滤波在已知信号检测中的最优性，以及互相关函数在信号匹配和延迟估计中的应用。 谱分析与谱估计： 详细阐述了不同谱估计方法，如周期图法、Welch法、AR模型法、MUSIC算法、ESPRIT算法等，以及它们在识别目标声源特性方面的应用。 基于模型的目标识别： 介绍了如何建立目标声学模型（如船舶线谱模型、潜艇噪声模型），然后通过与实测信号进行匹配来实现识别。 基于机器学习的目标识别： 监督学习方法： 介绍了支持向量机（SVM）、神经网络（如多层感知机、卷积神经网络CNN）、决策树、随机森林等分类算法在水下目标识别中的应用，以及训练数据的准备和模型优化。 无监督学习方法： 介绍了聚类算法（如K-means）在目标信号聚类和异常检测中的应用。 深度学习在水下声信号处理中的进展： 重点介绍深度学习模型（如CNN, RNN, LSTM）在复杂水下声信号特征提取和分类中的强大能力。 多目标检测与跟踪： 介绍了在存在多个目标的情况下，如何进行多目标检测、区分以及目标轨迹的跟踪。 第六章：水下声信号的定位与导航 本章关注如何利用水下声信号确定目标的位置，或为水下自主航行器提供定位导航信息。 基于到达时间差（TDOA）的定位： 介绍了利用多个接收点接收到同一信号的到达时间差来估计声源位置的原理，以及对应的定位算法（如最小二乘法、最大似然估计法）。 基于到达角度（DOA）的定位： 介绍了利用阵列水听器来估计声源到达的角度，结合其他信息进行定位。 基于多普勒效应的定位： 介绍了利用目标运动引起的多普勒频移来估计目标的相对速度和位置。 声学导航与定位系统（如USBL, LBL）： 详细介绍了超短基线（USBL）和长基线（LBL）等声学定位系统的原理、组成和应用，它们在水下设备定位、水下测绘等方面发挥着重要作用。 协同定位与网络化定位： 介绍了多个平台协同工作，共享信息进行更精确的定位。 水下航行器自主导航： 讨论了如何结合声学传感器、惯性导航系统、地形匹配等技术，实现水下航行器的自主定位与导航。 第七章：水下声通信 本章专门探讨水下声信号作为通信媒介的应用。 水下声通信的挑战： 详细分析了水下声通信面临的独特挑战，如带宽有限、传输速率低、时延大、误码率高等，这些都与水声信道的特性密切相关。 调制与解调技术： 介绍了适用于水下声信道的调制方案，如FSK（频移键控）、PSK（相移键控）、QAM（正交幅度调制）等，以及相应的解调技术。 信道编码与纠错： 介绍了卷积码、Turbo码、LDPC码等纠错码在提高水下声通信可靠性方面的应用。 多址技术： 介绍了在同一水域内，如何通过频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）等技术实现多用户通信。 水声通信协议： 讨论了为水下声通信设计的网络协议，如MAC层协议、路由协议等。 水下声通信的应用： 介绍了水下声通信在水下设备组网、数据传输、远程控制、水下监测等方面的应用实例。 第八章：水下声信号处理的若干前沿与发展趋势 本章对当前水下声信号处理领域的最新研究进展和未来发展方向进行展望。 大数据与人工智能在水下声学中的应用： 探讨了如何利用海量水下声学数据，结合深度学习、强化学习等先进人工智能技术，实现更智能、更自动化的信号处理和目标识别。 机器学习与深度学习的进一步发展： 深入分析了在水下声信号处理领域，对模型的可解释性、鲁棒性、泛化能力等方面的要求，以及如何解决数据稀疏和标注困难的问题。 分布式与协同水声处理： 展望了多个水下传感器或平台协同工作，共享信息进行分布式信号处理，以克服单平台能力的局限性。 低信噪比下的信号检测与处理： 介绍了新的算法和技术，以应对在复杂海洋环境下，目标信号非常微弱，信噪比极低的情况。 仿生学在水声信号处理中的启示： 探讨了研究海洋生物的声学感知和处理机制，从中汲取灵感，设计更高效、更适应海洋环境的水声信号处理系统。 海洋环境监测与声学遥感： 展望了水下声信号处理技术在海洋环境监测、海洋生物学研究、海底资源探测等领域的更广泛应用。 跨学科融合： 强调了水下声信号处理技术与海洋学、计算机科学、电子工程、人工智能等多学科的交叉融合，将是未来发展的重要驱动力。 结论 《水下声信号处理技术》一书，通过层层深入的讲解，为读者构建了一个完整的水下声信号处理知识体系。从基础理论到前沿技术，从原理阐述到应用实例，本书力求做到全面、深入、实用。通过研读本书，读者能够深刻理解水下声信号的复杂性，掌握先进的信号处理方法，并为解决实际工程问题提供有力的理论支持和技术指导。本书不仅是相关领域研究人员的案头必备，也是广大技术爱好者探索神秘海洋世界、了解前沿科技的重要窗口。

评分☆☆☆☆☆

这本书封面设计简洁大气，一看就知道是专业性的书籍，但作为一名对水下声学领域知之甚少的普通读者，我首先会被书名中“BF”这个代号所吸引，它仿佛隐藏着某种技术秘诀，激发了我探索的兴趣。然而，当我翻开第一页，迎面而来的便是密密麻麻的公式和图表，瞬间让我感到一阵晕眩。这并非我预想中那种通俗易懂的科普读物，而是需要一定的专业背景才能理解的深度学术著作。刘朝晖这个名字，虽然陌生，但出版社是国防工业出版社，这便暗示了其内容的权威性和重要性，很可能涉及国家安全或前沿科技。

评分☆☆☆☆☆

作为一个初涉声学领域的研究生，我一直在寻找能够系统梳理水下声信号处理核心理论和实践方法的教材。这本书在图书馆的书架上静静地等待着，它的厚重感和严谨的排版风格，让我觉得它是一个可靠的信息来源。虽然我还没有深入阅读，但从目录和章节标题的专业术语来看，它应该涵盖了从信号的产生、传播、接收到特征提取、分类识别等一系列关键环节。我尤其关注书中对各种噪声源的分析以及抑制技术，这对于提升水下目标探测的精度至关重要。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对海洋科技充满好奇的爱好者，尤其对水下世界的奥秘着迷。在一次偶然的机会，我听说了关于“水下声信号处理”这个概念，据说这是探索海洋、研究海洋生物、甚至进行水下军事活动的关键技术。于是，我抱着学习的心态，在网上搜索相关书籍，看到了这本《BF:水下声信号处理技术》。虽然名字听起来有些技术性，但我相信，即使是门外汉，也能从书中窥见这项技术的一斑，了解它在现代海洋探索中的重要作用，或许还能激发我对未来海洋事业的更多憧憬。

评分☆☆☆☆☆

作为一名软件工程师，我时常思考如何将理论知识转化为实际应用。当我看到《BF:水下声信号处理技术》这本书时，我联想到了在水下环境中，如何利用先进的算法来解析那些微弱而复杂的声学信息。这本书的出现，无疑为我提供了一个研究方向。我希望书中不仅能讲解理论，还能提供一些实际的算法模型和处理流程，甚至是一些编程实现的思路。毕竟，最终的目标是将这些理论变成能够工作的系统，解决实际的水下声学问题。

评分☆☆☆☆☆

我是一名潜水爱好者，对水下世界充满了敬畏和好奇。我常常在潜水时，听到各种各样的声音，有些是鱼类发出的，有些是船只引擎的轰鸣，还有些则是我无法辨别的奇特声响。我一直很好奇，这些声音是如何在水中传播的？又有哪些技术能够捕捉和分析这些声音？《BF:水下声信号处理技术》这本书，虽然名字听起来相当专业，但我相信它一定能为我揭开水下声音的神秘面纱，让我更深入地理解海洋的听觉世界，或许还能找到解释我潜水时遇到的那些未知声音的线索。