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

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杜选民 著

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• 谱估计
• 波束形成
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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121336492

商品编码：29994533499

包装：平装-胶订

出版时间：2018-02-01

基本信息

书名：声纳阵列信号处理技术

定价：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-胶订

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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作者介绍

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杜选民，1970年9月出生，研究员/博士生导师，毕业于哈尔滨工程大学，获水声工程专业博士学位。现担任中国船舶重工集团公司第七二六研究所副所长、水声对抗技术重点实验室副主任、水声对抗技术重点实验室学术委员会副主任委员、水声对抗国防科技创新团队带头人、上海市声学学会理事、《声学学报》《声学技术》《舰船科学技术》编委会委员。从事水声及水声对抗技术研究工作20余年，主持研制了舰用报警声纳、舰水声对抗系统、港口近程水下警戒探测系统等装备，均，获国防科技进步一等奖2项、二等奖2项、三等奖2项。在解决了拖线阵左右舷分辨、高速运动目标自适应检测与识别、非线性声纳工程应用等关键技术。入选国家新世纪百千万人才工程、国防科技工业511人才工程、国防科技工业有突出贡献中青年专家、上海市领军人才。

文摘

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序言

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《深海回响：海洋探测与通信的革命》 引言 人类文明的进程，始终伴随着对未知领域的探索。从仰望星空到深潜海底，我们从未停止对自身生存环境边界的拓展。海洋，覆盖地球表面百分之七十以上，其广袤与深邃，蕴藏着无尽的宝藏与奥秘。然而，这片被蔚蓝包裹的王国，其复杂多变的环境，以及有限的光照条件，使得传统的光学探测方式在此显得捉襟见肘。正是在这样的背景下，声音，以其独特的穿透力和信息携带能力，成为了揭示深海奥秘、保障海洋安全、促进海洋开发不可或缺的关键媒介。 本书《深海回响：海洋探测与通信的革命》旨在全面而深入地探讨声音在海洋环境中的传播特性、信息获取方式以及应用潜力。我们并非关注某一种单一的技术载体，而是将目光聚焦于一个更广阔、更具颠覆性的领域：声纳阵列技术及其在推动海洋探测与通信革命中的核心作用。 本书将从声音在海洋中传播的物理规律出发，逐步深入到如何通过精妙的阵列设计与先进的信号处理技术，实现对海洋环境的精细感知、对水下目标的精准定位与识别，以及对水下通信的可靠构建。 第一章：水下声学环境与传播特性 本章将为读者构建一个坚实的水下声学基础。我们将详细阐述声音在海水中的传播原理，包括声波的产生、传播速度、衰减机制，以及影响声传播的关键因素，如温度、盐度、深度、压力以及海洋中的声速剖面。读者将了解到，海水并非一个均匀介质，其复杂的结构和动态变化，使得声波的传播路径呈现出多経路、折射、反射等复杂现象，这些都会直接影响到我们接收到的声信号。 同时，本章还将深入剖析海洋环境中的噪声源。自然的海洋噪声，如海浪、降雨、冰川崩裂，以及生物噪声，如鲸鱼、海豚的鸣叫，都会对我们期望捕获的目标信号形成干扰。此外，人为噪声，如船舶的发动机、螺旋桨、声纳设备本身产生的噪声，更是对水下声信号探测的严峻挑战。理解这些噪声的特性，是后续信号处理和阵列设计的基础。 第二章：声纳系统的基本原理与演进 在建立了对水下声学环境的认知后，本章将聚焦于声纳（SONAR，Sound Navigation and Ranging）这一核心技术。我们将详细介绍声纳系统的基本构成，包括换能器（负责声波的发射与接收）、发射机、接收机、信号处理单元以及显示与记录设备。 本书将追溯声纳技术的历史演进，从早期的单点探测设备，到能够进行方位扫描的机械扫描声纳，再到如今广泛应用的相控阵声纳（Phased Array Sonar）。我们将重点解析相控阵声纳的独特优势，即通过控制阵列中各阵元激励信号的相位，实现波束的灵活指向与扫描，无需机械转动即可实现全方位的探测，极大地提升了探测效率和灵活性。 我们将探讨不同类型的声纳系统，如主动声纳（发射声波并接收回波）和被动声纳（仅接收环境噪声或目标发出的声音）。每种类型都有其适用的场景和技术挑战，例如主动声纳的探测距离远但可能暴露自身位置，而被动声纳则更加隐蔽但对目标信号的信噪比要求更高。 第三章：声纳阵列的设计与优化 本章将进入声纳阵列设计的核心。我们将详细介绍不同类型的声纳阵列结构，包括线阵、面阵、圆阵等，并分析它们在指向性、带宽、阵列增益等方面的特性。读者将了解到，阵列的几何构型选择，直接关系到其探测性能。 阵列设计不仅仅是硬件的堆砌，更需要精密的理论指导。我们将深入探讨阵列因子（Array Factor）的概念，它是描述阵列在不同方向上的辐射或接收能力的数学模型，理解阵列因子是理解波束形成和指向控制的关键。 同时，本章还将涵盖阵列的波束形成技术。无论是数字波束形成（Digital Beamforming）还是模拟波束形成（Analog Beamforming），我们将详细解析其原理、实现方式以及优缺点。重点将放在自适应波束形成（Adaptive Beamforming）技术，这种技术能够根据实时接收到的信号和噪声特性，动态调整阵列的加权，以最大化目标信号的信噪比，抑制干扰，显著提升声纳系统的探测性能，尤其是在复杂和动态的海洋环境中。 第四章：声纳信号处理的核心技术 如果说声纳阵列是“眼睛”，那么信号处理技术就是“大脑”，负责解读接收到的海量信息。本章将是本书的技术核心之一。 我们将从最基础的信号预处理开始，如滤波（低通、高通、带通滤波）、放大、量化等，以去除噪声、增强目标信号。接着，我们将深入探讨匹配滤波（Matched Filtering），这是用于检测已知信号的最佳线性滤波器，能够最大化信噪比。 在目标检测方面，我们将介绍能量检测（Energy Detection）和概率检测（Probability Detection）等方法，并详细讲解雷达方程（Radar Equation）在声纳系统中的应用，分析影响探测距离的关键因素。 对于目标的识别与分类，我们将引入特征提取技术，如目标回波的频谱分析、时域特征分析等，并探讨基于这些特征的分类算法，如支持向量机（SVM）、神经网络（Neural Networks）等，使其能够区分不同类型的海洋目标，如舰船、潜艇、海洋生物等。 此外，本章还将详细阐述目标跟踪（Target Tracking）技术，如卡尔曼滤波器（Kalman Filter）、粒子滤波器（Particle Filter）等，用于连续估计目标的运动轨迹，这对于目标定位、导航以及反潜作战至关重要。 第五章：声纳在海洋探测中的应用 本章将展示声纳阵列技术在各个海洋探测领域中的实际应用。 海洋测绘与勘探： 声纳阵列在海底地形测绘、地质构造探测、石油天然气资源勘探中扮演着至关重要的角色。我们将介绍侧扫声纳、多波束测深仪等设备的工作原理，以及它们如何通过声波回波绘制出精细的海底地图。 水下目标探测与识别： 这是声纳阵列最广为人知的应用之一。从军事领域的反潜作战、水下兵器探测，到民用领域的沉船打捞、水下基础设施检查，声纳阵列都发挥着不可替代的作用。我们将探讨不同声纳系统在这些场景下的具体应用和技术要求。 海洋环境监测： 声纳阵列也被用于监测海洋中的生物种群分布、声学环境变化，以及研究海洋哺乳动物的行为。它们可以提供关于海洋生态系统健康状况的重要信息。 水下考古： 发现和研究水下沉船、古代遗迹，声纳阵列是不可或缺的工具，能够帮助考古学家无损地探测水下区域，发现隐藏的文物。 第六章：水下通信与声学网络 除了探测，声纳阵列技术在水下通信领域也开辟了新的天地。由于无线电波在水下衰减严重，声波成为主要的通信媒介。 本章将介绍水下声学通信（Underwater Acoustic Communication）的基本原理，包括调制解调技术、信道编码等，以及在复杂水下环境中实现可靠通信所面临的挑战，如多径效应、多普勒效应、时变性等。 我们将重点探讨声学网络（Acoustic Networks）的概念，即由多个水下节点（如传感器、无人潜航器AUV）组成的通信网络，它们通过声波进行信息交换。这对于构建分布式海洋观测系统、支持无人水下集群协同作业具有重要意义。 第七章：声纳阵列技术的发展趋势与挑战 展望未来，声纳阵列技术正朝着更加智能化、集成化、网络化的方向发展。本章将探讨当前以及未来的技术发展趋势。 人工智能与机器学习在声纳信号处理中的应用： 如何利用深度学习等技术，提升目标识别的精度和鲁棒性，实现自动化目标跟踪与分析。 分布式声纳阵列与水下网络协同： 如何构建更大规模、更灵活的分布式声纳阵列，以及如何实现水下节点之间的协同感知与通信。 新型换能器材料与设计： 探索性能更优越的换能器，以提升声纳的探测灵敏度和带宽。 低功耗与高可靠性设计： 尤其是在长期布设的水下传感器和AUV系统中，降低功耗、提高可靠性是关键。 同时，我们也必须正视声纳阵列技术发展所面临的挑战，例如复杂的海洋环境对信号处理的严峻考验、水下通信的带宽限制、以及潜在的声学污染问题。 结论 《深海回响：海洋探测与通信的革命》不仅是一部技术手册，更是一次对海洋探索精神的致敬。本书致力于为读者提供一个关于声纳阵列技术全面而深刻的理解，从基础理论到前沿应用，从技术原理到未来趋势。我们相信，随着声纳阵列技术的不断进步，人类将能够更深入、更全面地理解和利用我们赖以生存的蓝色星球，开启海洋探测与通信的新篇章。本书旨在激发读者对海洋科学与技术的兴趣，并为相关领域的专业人士提供宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对海洋探索充满兴趣的普通读者，我被这本书的书名所吸引，它暗示着一种深入探索海洋深处奥秘的强大技术。我常常设想，声纳阵列是如何工作的，它们是否像无数只眼睛和耳朵，在漆黑的深海中搜寻着一丝一毫的线索？这本书，我期待它能带领我穿越那些看似杂乱无章的声学信号，去理解其中蕴含的科学原理。我好奇书中会如何描述那些复杂的信号处理过程，例如，如何从大量的海洋背景噪声中提取出有用的回声，如何通过多普勒效应来判断目标的运动状态，以及如何利用机器学习等前沿技术来提高识别精度。我希望这本书能够用一种相对易于理解的方式，解释这些深奥的原理，即使我不是专业研究者，也能从中获得知识的启迪。这本书，对我来说，更像是一种知识的探险，它让我看到了人类如何运用智慧去“听见”海洋，去了解我们脚下这片广阔而神秘的领域。

评分☆☆☆☆☆

这本《声纳阵列信号处理技术》在我看来，是一部凝聚了作者多年心血的学术宝典。我常常想象，在进行声纳探测时，会遇到多少意想不到的困难，比如海洋环境的多变性、噪声的干扰、目标的微弱信号等等。这本书，无疑为我们提供了一个系统性的解决方案。我猜想，它会从最基本的声学原理讲起，逐步深入到阵列设计、信号的产生与传播、以及各种精妙的信号处理算法。例如，书中会不会介绍如何利用波束形成技术来提高指向性，如何运用匹配滤波来增强信噪比，或者如何通过谱估计来识别不同的目标。这些技术听起来就充满智慧。我更期待的是，书中能够通过大量的实例分析，来展示这些理论在实际应用中的威力。比如，如何利用声纳技术来绘制海底地形，如何追踪潜艇的行踪，或者如何在复杂的海洋环境中进行目标识别。这本书，对我而言，就像是一把钥匙，它将帮助我打开通往声纳技术殿堂的大门，让我领略到这项技术的博大精深。

评分☆☆☆☆☆

读这本书，我首先被其严谨的学术风格所吸引。从书名就能看出，这是一本面向专业研究人员和高年级学生的著作。我尝试着翻阅了几页，那些公式、图表和专业术语，虽然对我来说有些晦涩，但字里行间流露出的扎实理论基础和深入的分析，让我感受到了作者在这一领域的深厚积累。我尤其对书中可能涉及的声纳系统设计原理、信号采集的各种挑战以及如何通过先进的信号处理算法来克服这些挑战的部分感到好奇。想象一下，在嘈杂的海水中，如何精准地捕捉到目标的回声，并将其转化为有用的信息，这本身就是一项极其复杂的工程。我期待书中能够详细介绍各种阵列配置的优缺点，不同信号处理方法的原理和适用场景，以及如何评估声纳系统的性能。即使我无法完全理解所有技术细节，但通过阅读，我希望能够建立起一个关于声纳信号处理的宏观认知框架，理解这个领域的研究方向和前沿动态，并从中窥见其在现代科技发展中的重要作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名给我一种非常“硬核”的感觉，立刻就勾起了我的求知欲。声纳阵列，这听起来就充满了科技感和神秘感。我一直对海洋世界充满向往，而声纳技术无疑是人类了解海洋的重要工具。我期待这本书能够像一本详细的操作手册，又像一篇引人入胜的科普文章。书中是否会详细介绍不同类型的声纳阵列，它们的结构是怎样的，各自的优缺点又在哪里？更重要的是，我非常好奇那些“信号处理技术”究竟是什么。我猜想，它一定包含了非常复杂的数学模型和算法，用于分析和解读声纳接收到的各种信号。我希望书中能够用清晰的图示和生动的语言，来解释这些技术是如何工作的，比如如何分离出目标的回声，如何排除干扰，如何精确地定位目标。对我而言，这本书不仅是关于一项技术，更是关于人类如何运用智慧，去“看见”并理解那个我们肉眼无法触及的水下世界。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就透着一股沉稳和专业，深邃的蓝色背景，加上醒目的书名和作者的名字，立刻吸引了我这个对“声纳”二字充满好奇的读者。我一直对海洋充满了敬畏，而声纳技术，在我看来，就是人类探索和理解这片神秘蓝色疆域的眼睛和耳朵。这本书不仅仅是关于技术，它更像是一扇门，推开之后，我仿佛置身于一个充满未知挑战和精密计算的声学世界。虽然我并非专业人士，但书名中“阵列”和“信号处理”这些词语，已经让我对内容产生了初步的联想——那一定是一个关于如何汇集、分析和解读无数微小声音信号，最终描绘出水下世界的恢弘画卷。我期待着书中能够以清晰易懂的方式，揭示声纳系统是如何工作的，那些复杂的算法背后又蕴含着怎样的智慧，以及它在现代海洋科学、军事和工业应用中的重要性。这本书，对我而言，是一种知识的启蒙，是对未知领域的探索，更是对人类科技力量的一种赞叹。我希望它能像一本精彩的科幻小说一样，将我带入一个充满想象力的领域，让我领略声纳技术的神奇魅力。