聲納陣列信號處理技術 杜選民 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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杜選民 著

圖書標籤:

• 聲納
• 陣列信號處理
• 信號處理
• 杜選民
• 雷達信號處理
• 自適應濾波
• 譜估計
• 波束形成
• 目標檢測
• 水聲工程

店鋪： 盛德偉業圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121336492

商品編碼：29994533499

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2018-02-01

基本信息

書名：聲納陣列信號處理技術

定價：58.00元

作者：杜選民

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2018-02-01

ISBN：9787121336492

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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陣列信號處理是現代聲納設備的核心功能之一。通過接收陣列的信號處理，可以獲取空間指嚮性增益，提高空間分辨和乾擾抑製能力，實現對目標的檢測與跟蹤、方位與距離估計；通過發射陣列的信號處理，可以獲取具有時延差或相位差的陣元信號，從而形成指嚮性發射波束，提高聲源級；通過空-時自適應處理，可以提高對弱目標的檢測能力。近年來，聲納技術不斷發展，齣現瞭多綫列陣聲納、連續波聲納、MIMO聲納等新體製聲納以及自適應盲處理、時反處理、矢量信號處理、魯棒性波束形成、模基信號處理等新型處理算法，這些都是聲納陣列信號處理的發展與豐富。本書深入、係統地介紹瞭可應用於實際聲納設備的陣列信號處理技術，在簡單的原理接收基礎上又大量的計算機模擬仿真及湖、海試實際數據的處理結果。另外本書有較大篇幅的聲納陣列信號處理領域的新技術介紹。

目錄

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作者介紹

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杜選民，1970年9月齣生，研究員/博士生導師，畢業於哈爾濱工程大學，獲水聲工程專業博士學位。現擔任中國船舶重工集團公司第七二六研究所副所長、水聲對抗技術重點實驗室副主任、水聲對抗技術重點實驗室學術委員會副主任委員、水聲對抗國防科技創新團隊帶頭人、上海市聲學學會理事、《聲學學報》《聲學技術》《艦船科學技術》編委會委員。從事水聲及水聲對抗技術研究工作20餘年，主持研製瞭艦用報警聲納、艦水聲對抗係統、港口近程水下警戒探測係統等裝備，均，獲國防科技進步一等奬2項、二等奬2項、三等奬2項。在解決瞭拖綫陣左右舷分辨、高速運動目標自適應檢測與識彆、非綫性聲納工程應用等關鍵技術。入選國傢新世紀百韆萬人纔工程、國防科技工業511人纔工程、國防科技工業有突齣貢獻中青年專傢、上海市領軍人纔。

文摘

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序言

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《深海迴響：海洋探測與通信的革命》 引言 人類文明的進程，始終伴隨著對未知領域的探索。從仰望星空到深潛海底，我們從未停止對自身生存環境邊界的拓展。海洋，覆蓋地球錶麵百分之七十以上，其廣袤與深邃，蘊藏著無盡的寶藏與奧秘。然而，這片被蔚藍包裹的王國，其復雜多變的環境，以及有限的光照條件，使得傳統的光學探測方式在此顯得捉襟見肘。正是在這樣的背景下，聲音，以其獨特的穿透力和信息攜帶能力，成為瞭揭示深海奧秘、保障海洋安全、促進海洋開發不可或缺的關鍵媒介。 本書《深海迴響：海洋探測與通信的革命》旨在全麵而深入地探討聲音在海洋環境中的傳播特性、信息獲取方式以及應用潛力。我們並非關注某一種單一的技術載體，而是將目光聚焦於一個更廣闊、更具顛覆性的領域：聲納陣列技術及其在推動海洋探測與通信革命中的核心作用。 本書將從聲音在海洋中傳播的物理規律齣發，逐步深入到如何通過精妙的陣列設計與先進的信號處理技術，實現對海洋環境的精細感知、對水下目標的精準定位與識彆，以及對水下通信的可靠構建。 第一章：水下聲學環境與傳播特性 本章將為讀者構建一個堅實的水下聲學基礎。我們將詳細闡述聲音在海水中的傳播原理，包括聲波的産生、傳播速度、衰減機製，以及影響聲傳播的關鍵因素，如溫度、鹽度、深度、壓力以及海洋中的聲速剖麵。讀者將瞭解到，海水並非一個均勻介質，其復雜的結構和動態變化，使得聲波的傳播路徑呈現齣多経路、摺射、反射等復雜現象，這些都會直接影響到我們接收到的聲信號。 同時，本章還將深入剖析海洋環境中的噪聲源。自然的海洋噪聲，如海浪、降雨、冰川崩裂，以及生物噪聲，如鯨魚、海豚的鳴叫，都會對我們期望捕獲的目標信號形成乾擾。此外，人為噪聲，如船舶的發動機、螺鏇槳、聲納設備本身産生的噪聲，更是對水下聲信號探測的嚴峻挑戰。理解這些噪聲的特性，是後續信號處理和陣列設計的基礎。 第二章：聲納係統的基本原理與演進 在建立瞭對水下聲學環境的認知後，本章將聚焦於聲納（SONAR，Sound Navigation and Ranging）這一核心技術。我們將詳細介紹聲納係統的基本構成，包括換能器（負責聲波的發射與接收）、發射機、接收機、信號處理單元以及顯示與記錄設備。 本書將追溯聲納技術的曆史演進，從早期的單點探測設備，到能夠進行方位掃描的機械掃描聲納，再到如今廣泛應用的相控陣聲納（Phased Array Sonar）。我們將重點解析相控陣聲納的獨特優勢，即通過控製陣列中各陣元激勵信號的相位，實現波束的靈活指嚮與掃描，無需機械轉動即可實現全方位的探測，極大地提升瞭探測效率和靈活性。 我們將探討不同類型的聲納係統，如主動聲納（發射聲波並接收迴波）和被動聲納（僅接收環境噪聲或目標發齣的聲音）。每種類型都有其適用的場景和技術挑戰，例如主動聲納的探測距離遠但可能暴露自身位置，而被動聲納則更加隱蔽但對目標信號的信噪比要求更高。 第三章：聲納陣列的設計與優化 本章將進入聲納陣列設計的核心。我們將詳細介紹不同類型的聲納陣列結構，包括綫陣、麵陣、圓陣等，並分析它們在指嚮性、帶寬、陣列增益等方麵的特性。讀者將瞭解到，陣列的幾何構型選擇，直接關係到其探測性能。 陣列設計不僅僅是硬件的堆砌，更需要精密的理論指導。我們將深入探討陣列因子（Array Factor）的概念，它是描述陣列在不同方嚮上的輻射或接收能力的數學模型，理解陣列因子是理解波束形成和指嚮控製的關鍵。 同時，本章還將涵蓋陣列的波束形成技術。無論是數字波束形成（Digital Beamforming）還是模擬波束形成（Analog Beamforming），我們將詳細解析其原理、實現方式以及優缺點。重點將放在自適應波束形成（Adaptive Beamforming）技術，這種技術能夠根據實時接收到的信號和噪聲特性，動態調整陣列的加權，以最大化目標信號的信噪比，抑製乾擾，顯著提升聲納係統的探測性能，尤其是在復雜和動態的海洋環境中。 第四章：聲納信號處理的核心技術 如果說聲納陣列是“眼睛”，那麼信號處理技術就是“大腦”，負責解讀接收到的海量信息。本章將是本書的技術核心之一。 我們將從最基礎的信號預處理開始，如濾波（低通、高通、帶通濾波）、放大、量化等，以去除噪聲、增強目標信號。接著，我們將深入探討匹配濾波（Matched Filtering），這是用於檢測已知信號的最佳綫性濾波器，能夠最大化信噪比。 在目標檢測方麵，我們將介紹能量檢測（Energy Detection）和概率檢測（Probability Detection）等方法，並詳細講解雷達方程（Radar Equation）在聲納係統中的應用，分析影響探測距離的關鍵因素。 對於目標的識彆與分類，我們將引入特徵提取技術，如目標迴波的頻譜分析、時域特徵分析等，並探討基於這些特徵的分類算法，如支持嚮量機（SVM）、神經網絡（Neural Networks）等，使其能夠區分不同類型的海洋目標，如艦船、潛艇、海洋生物等。 此外，本章還將詳細闡述目標跟蹤（Target Tracking）技術，如卡爾曼濾波器（Kalman Filter）、粒子濾波器（Particle Filter）等，用於連續估計目標的運動軌跡，這對於目標定位、導航以及反潛作戰至關重要。 第五章：聲納在海洋探測中的應用 本章將展示聲納陣列技術在各個海洋探測領域中的實際應用。 海洋測繪與勘探： 聲納陣列在海底地形測繪、地質構造探測、石油天然氣資源勘探中扮演著至關重要的角色。我們將介紹側掃聲納、多波束測深儀等設備的工作原理，以及它們如何通過聲波迴波繪製齣精細的海底地圖。 水下目標探測與識彆： 這是聲納陣列最廣為人知的應用之一。從軍事領域的反潛作戰、水下兵器探測，到民用領域的沉船打撈、水下基礎設施檢查，聲納陣列都發揮著不可替代的作用。我們將探討不同聲納係統在這些場景下的具體應用和技術要求。 海洋環境監測： 聲納陣列也被用於監測海洋中的生物種群分布、聲學環境變化，以及研究海洋哺乳動物的行為。它們可以提供關於海洋生態係統健康狀況的重要信息。 水下考古： 發現和研究水下沉船、古代遺跡，聲納陣列是不可或缺的工具，能夠幫助考古學傢無損地探測水下區域，發現隱藏的文物。 第六章：水下通信與聲學網絡 除瞭探測，聲納陣列技術在水下通信領域也開闢瞭新的天地。由於無綫電波在水下衰減嚴重，聲波成為主要的通信媒介。 本章將介紹水下聲學通信（Underwater Acoustic Communication）的基本原理，包括調製解調技術、信道編碼等，以及在復雜水下環境中實現可靠通信所麵臨的挑戰，如多徑效應、多普勒效應、時變性等。 我們將重點探討聲學網絡（Acoustic Networks）的概念，即由多個水下節點（如傳感器、無人潛航器AUV）組成的通信網絡，它們通過聲波進行信息交換。這對於構建分布式海洋觀測係統、支持無人水下集群協同作業具有重要意義。 第七章：聲納陣列技術的發展趨勢與挑戰 展望未來，聲納陣列技術正朝著更加智能化、集成化、網絡化的方嚮發展。本章將探討當前以及未來的技術發展趨勢。 人工智能與機器學習在聲納信號處理中的應用： 如何利用深度學習等技術，提升目標識彆的精度和魯棒性，實現自動化目標跟蹤與分析。 分布式聲納陣列與水下網絡協同： 如何構建更大規模、更靈活的分布式聲納陣列，以及如何實現水下節點之間的協同感知與通信。 新型換能器材料與設計： 探索性能更優越的換能器，以提升聲納的探測靈敏度和帶寬。 低功耗與高可靠性設計： 尤其是在長期布設的水下傳感器和AUV係統中，降低功耗、提高可靠性是關鍵。 同時，我們也必須正視聲納陣列技術發展所麵臨的挑戰，例如復雜的海洋環境對信號處理的嚴峻考驗、水下通信的帶寬限製、以及潛在的聲學汙染問題。 結論 《深海迴響：海洋探測與通信的革命》不僅是一部技術手冊，更是一次對海洋探索精神的緻敬。本書緻力於為讀者提供一個關於聲納陣列技術全麵而深刻的理解，從基礎理論到前沿應用，從技術原理到未來趨勢。我們相信，隨著聲納陣列技術的不斷進步，人類將能夠更深入、更全麵地理解和利用我們賴以生存的藍色星球，開啓海洋探測與通信的新篇章。本書旨在激發讀者對海洋科學與技術的興趣，並為相關領域的專業人士提供寶貴的參考。

評分☆☆☆☆☆

讀這本書，我首先被其嚴謹的學術風格所吸引。從書名就能看齣，這是一本麵嚮專業研究人員和高年級學生的著作。我嘗試著翻閱瞭幾頁，那些公式、圖錶和專業術語，雖然對我來說有些晦澀，但字裏行間流露齣的紮實理論基礎和深入的分析，讓我感受到瞭作者在這一領域的深厚積纍。我尤其對書中可能涉及的聲納係統設計原理、信號采集的各種挑戰以及如何通過先進的信號處理算法來剋服這些挑戰的部分感到好奇。想象一下，在嘈雜的海水中，如何精準地捕捉到目標的迴聲，並將其轉化為有用的信息，這本身就是一項極其復雜的工程。我期待書中能夠詳細介紹各種陣列配置的優缺點，不同信號處理方法的原理和適用場景，以及如何評估聲納係統的性能。即使我無法完全理解所有技術細節，但通過閱讀，我希望能夠建立起一個關於聲納信號處理的宏觀認知框架，理解這個領域的研究方嚮和前沿動態，並從中窺見其在現代科技發展中的重要作用。

評分☆☆☆☆☆

這本《聲納陣列信號處理技術》在我看來，是一部凝聚瞭作者多年心血的學術寶典。我常常想象，在進行聲納探測時，會遇到多少意想不到的睏難，比如海洋環境的多變性、噪聲的乾擾、目標的微弱信號等等。這本書，無疑為我們提供瞭一個係統性的解決方案。我猜想，它會從最基本的聲學原理講起，逐步深入到陣列設計、信號的産生與傳播、以及各種精妙的信號處理算法。例如，書中會不會介紹如何利用波束形成技術來提高指嚮性，如何運用匹配濾波來增強信噪比，或者如何通過譜估計來識彆不同的目標。這些技術聽起來就充滿智慧。我更期待的是，書中能夠通過大量的實例分析，來展示這些理論在實際應用中的威力。比如，如何利用聲納技術來繪製海底地形，如何追蹤潛艇的行蹤，或者如何在復雜的海洋環境中進行目標識彆。這本書，對我而言，就像是一把鑰匙，它將幫助我打開通往聲納技術殿堂的大門，讓我領略到這項技術的博大精深。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名給我一種非常“硬核”的感覺，立刻就勾起瞭我的求知欲。聲納陣列，這聽起來就充滿瞭科技感和神秘感。我一直對海洋世界充滿嚮往，而聲納技術無疑是人類瞭解海洋的重要工具。我期待這本書能夠像一本詳細的操作手冊，又像一篇引人入勝的科普文章。書中是否會詳細介紹不同類型的聲納陣列，它們的結構是怎樣的，各自的優缺點又在哪裏？更重要的是，我非常好奇那些“信號處理技術”究竟是什麼。我猜想，它一定包含瞭非常復雜的數學模型和算法，用於分析和解讀聲納接收到的各種信號。我希望書中能夠用清晰的圖示和生動的語言，來解釋這些技術是如何工作的，比如如何分離齣目標的迴聲，如何排除乾擾，如何精確地定位目標。對我而言，這本書不僅是關於一項技術，更是關於人類如何運用智慧，去“看見”並理解那個我們肉眼無法觸及的水下世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就透著一股沉穩和專業，深邃的藍色背景，加上醒目的書名和作者的名字，立刻吸引瞭我這個對“聲納”二字充滿好奇的讀者。我一直對海洋充滿瞭敬畏，而聲納技術，在我看來，就是人類探索和理解這片神秘藍色疆域的眼睛和耳朵。這本書不僅僅是關於技術，它更像是一扇門，推開之後，我仿佛置身於一個充滿未知挑戰和精密計算的聲學世界。雖然我並非專業人士，但書名中“陣列”和“信號處理”這些詞語，已經讓我對內容産生瞭初步的聯想——那一定是一個關於如何匯集、分析和解讀無數微小聲音信號，最終描繪齣水下世界的恢弘畫捲。我期待著書中能夠以清晰易懂的方式，揭示聲納係統是如何工作的，那些復雜的算法背後又蘊含著怎樣的智慧，以及它在現代海洋科學、軍事和工業應用中的重要性。這本書，對我而言，是一種知識的啓濛，是對未知領域的探索，更是對人類科技力量的一種贊嘆。我希望它能像一本精彩的科幻小說一樣，將我帶入一個充滿想象力的領域，讓我領略聲納技術的神奇魅力。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對海洋探索充滿興趣的普通讀者，我被這本書的書名所吸引，它暗示著一種深入探索海洋深處奧秘的強大技術。我常常設想，聲納陣列是如何工作的，它們是否像無數隻眼睛和耳朵，在漆黑的深海中搜尋著一絲一毫的綫索？這本書，我期待它能帶領我穿越那些看似雜亂無章的聲學信號，去理解其中蘊含的科學原理。我好奇書中會如何描述那些復雜的信號處理過程，例如，如何從大量的海洋背景噪聲中提取齣有用的迴聲，如何通過多普勒效應來判斷目標的運動狀態，以及如何利用機器學習等前沿技術來提高識彆精度。我希望這本書能夠用一種相對易於理解的方式，解釋這些深奧的原理，即使我不是專業研究者，也能從中獲得知識的啓迪。這本書，對我來說，更像是一種知識的探險，它讓我看到瞭人類如何運用智慧去“聽見”海洋，去瞭解我們腳下這片廣闊而神秘的領域。