正版图书 声纳阵列信号处理技术 9787121336492 电子工业出版社 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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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121336492

商品编码：30211044158

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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章 声场概述············································································································1
1.1 引言···························································································································· 1
1.2 声波的基本概念········································································································ 1
1.3 声学基本物理量········································································································ 1
1.4 理想流体介质中小振幅波传播的基本规律······························································ 2
1.4.1 理想流体介质······································································································· 2
1.4.2 连续性方程·········································································································· 3
1.4.3 状态方程············································································································· 3
1.4.4 运动方程············································································································· 4
1.4.5 波动方程············································································································· 4
1.4.6 速度势函数·········································································································· 4
1.4.7 亥姆霍兹方程······································································································· 5
1.4.8 三种不同坐标系下亥姆霍兹方程求解····································································· 5
1.4.9 线性滤波器理论框架下波动方程求解····································································· 9
1.4.10 介质特性阻抗··································································································· 11
1.5 分层介质中的波传播······························································································· 11
1.5.1 平行平面层中波传播的一般关系·········································································· 11
1.5.2 边界条件··········································································································· 12
1.5.3 硬底均匀浅海声场······························································································ 12
1.5.4 液态海底均匀浅海声场······················································································· 14
1.6 声场传播基本模型··································································································· 15
1.7 声学工具·················································································································· 16
1.8 本章小结·················································································································· 17
参考文献······························································································································17
第2 章 基阵理论基础···································································································18
2.1 引言·························································································································· 18
2.2 基阵的主要性能参数······························································································· 18
2.2.1 常见的基阵类型································································································· 18
2.2.2 主要性能参数····································································································· 18
2.3 均匀线列阵·············································································································· 21
2.3.1 基阵响应（指向性函数） ···················································································· 22
2.3.2 乘积定理··········································································································· 24
2.3.3 幅度加权··········································································································· 25
2.3.4 波束扫描··········································································································· 25
2.3.5 离散空间傅里叶变换··························································································· 27
2.3.6 宽带声源······························

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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海洋探索的基石：声纳阵列信号处理在现代科学与工程中的应用 在浩瀚的海洋中，隐藏着无数的秘密和宝藏。从深海地质勘探到海洋生物研究，从水下目标探测到国家安全保障，人类对海洋的探索从未停止。而在这场不断深入的探索中，声纳阵列信号处理技术扮演着至关重要的角色，它如同海洋中的“眼睛”和“耳朵”，为我们揭示水下的未知世界。 声纳（SONAR，Sound Navigation and Ranging）技术，顾名思义，是利用声波在水中传播的特性，通过发射和接收声波来探测、定位和识别水下目标。而声纳阵列，则是由多个声学传感器（换能器）组成的集合。与单个传感器相比，声纳阵列拥有更强的信号接收能力、更高的空间分辨率以及更丰富的信号处理潜力。通过对阵列中多个传感器接收到的信号进行精细的分析和处理，我们可以提取出更准确、更全面的水下信息。 声纳阵列信号处理的核心奥秘 声纳阵列信号处理技术的核心在于如何有效地从复杂的声学环境中提取出目标信号，并从中获取有价值的信息。这涉及到一系列精密的信号处理算法和技术。 首先，信号采集与预处理是基础。当声纳阵列在水中工作时，每个换能器都会接收到包含目标回声、环境噪声（如船只噪音、海洋生物发声、海底地形反射等）以及传感器自身噪声的混合信号。这些原始信号往往是时域上的叠加，需要经过一系列的预处理，例如滤波（去除特定频率的干扰）、增益控制（调整信号幅度）、数字化（将模拟信号转换为数字信号）等，以提高信号质量，为后续处理奠定基础。 接着，波束形成（Beamforming）是声纳阵列信号处理中最具代表性的技术之一。其核心思想是利用阵列中各传感器接收信号的时间延迟差，通过对信号进行加权和叠加，形成一个具有特定指向性的“波束”。这个波束就像一个声学的“聚光灯”，可以聚焦于特定的方向，从而增强来自该方向的目标信号，同时抑制来自其他方向的干扰。 波束形成又可以细分为多种类型： 延迟-求和（Delay-and-Sum, DAS）波束形成是最基本的一种。它通过精确计算信号从目标传播到各个传感器所需的时间延迟，并对每个传感器的信号进行相应的延迟校正，然后将校正后的信号相加。这种方法简单直观，但在强噪声和复杂环境下效果有限。 自适应波束形成则更加智能。它能够根据实时变化的噪声和干扰环境，动态地调整阵列的指向性，最大限度地抑制干扰，同时保持对目标信号的灵敏度。常见的自适应波束形成算法包括最小方差无失真响应（Minimum Variance Distortionless Response, MVDR）、广义旁瓣消除器（Generalized Sidelobe Canceller, GSC）等。这些算法需要对环境噪声的统计特性进行估计，并利用这些信息来优化波束的形状。 非线性和宽带波束形成则适用于更复杂的水下声学条件，例如当目标信号的带宽较宽，或者水下声速随深度变化较大时。 除了波束形成，信号检测与估计也是关键环节。在成功形成指向性波束后，需要判断接收到的信号中是否存在目标回声，并对其进行精确的参数估计。 目标检测通常基于统计决策理论，例如使用能量检测、匹配滤波、以及更高级的概率相关检测方法（如卡尔曼滤波、粒子滤波等），来区分目标信号和噪声。 目标参数估计则包括估计目标的距离、方位角、俯仰角、速度、甚至是目标的大小和形状信息。这通常涉及到对目标回声的频谱分析、时域分析以及多普勒效应的利用。 目标识别与分类是声纳信号处理的更高层次目标。仅仅探测到目标是不够的，我们还需要知道这是一个什么样的目标。 目标回声特征提取是基础。目标的形状、大小、材质、运动状态以及其表面粗糙度等都会影响其声学回声的特征，如回声的时域包络、频谱特性、以及是否产生多普勒频移等。 分类算法则利用这些提取出的特征，将目标与预先建立的目标库进行比对，从而对目标进行识别和分类。常用的分类算法包括基于机器学习的方法（如支持向量机、神经网络）、基于模式匹配的方法，以及统计分类器等。例如，可以通过分析鱼雷回声的特征来将其与潜艇回声区分开来。 多平台协同与网络化声纳 随着技术的发展，声纳阵列不再局限于单一平台，而是向着多平台协同和网络化声纳的方向发展。 多平台协同是指将多个独立工作的声纳系统（例如，不同船只上的声纳、水下自主机器人上的声纳）进行信息融合，实现更广阔的探测范围和更高的定位精度。这种协同可以通过共享原始数据、处理后的信息，或者联合进行信号处理来实现。 网络化声纳则将更多的传感器连接到一个统一的网络中，形成一个庞大的分布式声纳系统。这种系统能够实现更强的鲁棒性（单个传感器失效不影响整体性能）、更高的灵活性（可以根据任务需求动态调整传感器配置）以及更强大的信息处理能力。 声纳阵列信号处理的应用领域 声纳阵列信号处理技术的进步，极大地推动了多个领域的发展： 海洋科学研究：用于探测海底地形地貌、研究海洋生物分布和行为、监测海洋环境变化、以及进行深海资源勘探。例如，利用声纳阵列可以绘制出高分辨率的海底地图，发现新的海底火山或沉船。 水下目标探测与追踪：在军事领域，声纳是反潜作战、水下侦察和导航的关键装备。它能够探测敌方潜艇、水雷，以及其他水下威胁。在民用领域，也用于海上搜救、水下考古等。 海洋工程：用于水下结构的监测与维护，例如桥墩、海底管道、海上风力发电机基座等。声纳可以检测结构物的损伤、腐蚀情况，并辅助进行水下施工。 渔业资源管理：通过声纳探测鱼群的大小、密度和分布，为渔业捕捞提供指导，实现可持续渔业发展。 水下通信：声纳技术也为水下无线通信提供了可能，允许水下设备之间进行数据传输，这对于水下机器人协作、水下传感器网络构建至关重要。 挑战与未来展望 尽管声纳阵列信号处理技术已经取得了巨大的成就，但仍然面临着许多挑战。 复杂的水下声学环境：海水深度、温度、盐度的变化会引起声速的非均匀分布，导致信号传播路径的扭曲和衰减，对信号处理带来困难。 海洋生物噪声干扰：鲸鱼、海豚等海洋生物发出的复杂声信号，有时会与目标信号难以区分。 低信噪比目标探测：在远距离探测或目标截面积较小的情况下，目标回声信号非常微弱，极易被噪声淹没。 实时性和计算复杂度：在某些应用场景下，需要进行海量数据的实时处理，对计算能力和算法效率提出了很高要求。 数据融合与机器学习的深度应用：如何更有效地融合来自不同传感器、不同类型的信息，以及如何利用先进的机器学习算法来提升目标识别和环境理解能力，是未来的重要研究方向。 未来，随着计算能力的提升、传感器技术的进步以及人工智能的广泛应用，声纳阵列信号处理技术将继续发展。我们期待着更智能化、更精确、更鲁棒的声纳系统，它们将帮助我们更深入地了解和利用这片蓝色星球的广阔空间，为人类的科学探索、资源开发和安全保障做出更大的贡献。 从揭示深海奥秘到守护国家安全，声纳阵列信号处理技术正不断书写着人类探索海洋的新篇章。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计挺朴实的，没有花里胡哨的图片，字体也是那种比较严肃的类型，一看就知道是讲技术类的书籍。我最近正在尝试接触一些声纳方面的项目，但之前一直是在一些基础的信号处理方面有所涉猎，对于声纳这个特定领域，感觉还是有点摸不着门路。市面上相关的书籍也看了不少，有些太理论化，有些又太浅显，很难找到一本既有深度又不至于让人望而却步的。朋友推荐了这本书，说里面的内容非常实用，能够帮助我快速理解声纳阵列的核心技术。虽然我还没开始深入阅读，但从目录和前言来看，内容组织得非常有条理，从基础的阵列理论讲起，逐步深入到更复杂的信号处理方法，感觉很有希望解决我目前在项目上遇到的瓶颈。我尤其关注其中的波束形成和目标估计部分，这对我目前的仿真工作至关重要。期待这本书能为我打开声纳信号处理的新篇章。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的瞬间，就感受到了一种沉甸甸的专业感。我之前的工作涉及过一些水下通信，虽然不是直接做声纳，但对水声环境和信号的传播特性有一定了解。当时就觉得，如果能掌握更先进的声纳技术，肯定能极大地提升我们产品的性能。这本书的名字虽然听起来有些硬核，但作者的背景和出版社的口碑让我觉得非常值得一试。我翻看了几页，里面的公式和图表确实不少，但讲解得都比较清晰。我特别喜欢作者在一些关键概念的引入上，会先从物理原理讲起，再引申到数学模型，这种循序渐进的方式让我这种半路出家的人也能比较容易地跟上。我最感兴趣的是关于阵列孔径扩展和自适应波束形成的部分，这对于提高系统的空间分辨率和抗干扰能力应该非常有帮助。感觉这本书的价值远不止于理论，更在于其背后蕴含的工程应用思路。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本书的时候，心里也没底，毕竟声纳信号处理是个比较小众的领域，而且我平时的工作更多是在通用信号处理算法上。但我对声音的传播和探测原理一直有很强的好奇心，尤其是水下的声纳技术，总觉得充满了神秘感。在网上搜索相关的书籍，这本书的评价普遍很高，而且提到了“正版图书”和具体的出版社、ISBN，感觉比较靠谱。拿到书后，我主要浏览了一下目录和一些章节的开头。这本书的章节划分得很细致，从阵列的几何形状、阵元特性，到各种信号模型，再到具体的处理算法，逻辑性非常强。虽然我还没有时间去精读，但快速翻阅下来，感觉作者对这个领域非常熟悉，讲解得也很到位。尤其是一些图示，非常形象地展现了波束指向和信号接收的过程。我感觉这本书会是一本很好的入门和进阶读物，即使我不是这个领域的专业人士，也能从中学习到不少有用的知识。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在声学领域摸爬滚打多年的工程师，我一直关注着声纳技术的发展。市面上关于声纳阵列信号处理的书籍不少，但很多都停留在概念层面，或者过于侧重某一方面的算法。这本书吸引我的地方在于它给出的ISBN和出版社信息，让我相信这是一家正规的出版机构推出的专业书籍。我仔细看了看目录，从阵列理论、信号模型，到波束形成、自适应处理、目标探测与跟踪，涵盖了声纳阵列信号处理的几乎所有核心环节。更重要的是，作者杜选民的名字在业内也颇有声望，这让我对书籍内容的权威性有了更高的期待。我尤其期待书中关于分布式阵列和智能信号处理的章节，这代表了声纳技术未来的发展方向，也是我目前正在探索的研究课题。这本书无疑为我提供了一个系统学习和深入研究的宝贵资源。

评分☆☆☆☆☆

一直以来，我对海洋探索和水下探测都抱有浓厚的兴趣，声纳技术自然是其中的关键。这次偶然的机会看到这本书，名字就充满了技术感，而且是电子工业出版社出版，又有明确的书号，感觉品质应该不错。我平时接触到一些关于声纳的科普知识，但总感觉不够系统和深入。这本书的封面设计虽然简单，但字体和排版都透着一股严谨和专业。我特意翻看了其中的一些插图和公式，虽然有些内容还需要时间去消化，但可以看出作者在讲解过程中下了很大的功夫，力求将复杂的原理表达清楚。我尤其关注书中关于噪声抑制和干扰消除的部分，这对于在复杂的水下环境中获得清晰的信号至关重要。我希望通过阅读这本书，能够更全面地理解声纳阵列的信号处理原理，为我日后可能参与的相关工作打下坚实的基础。