矢量聲信號(hào)處理基礎(chǔ)

前言

　　傳統(tǒng)的水聲學(xué)，甚至流體中的聲學(xué)只關(guān)注聲壓場(chǎng)，論及振速，只是浮光掠影，稍涉即過，不見深入。聲場(chǎng)兼有標(biāo)量場(chǎng)——聲壓和矢量場(chǎng)——振速。聲壓和振速都攜帶了聲源和環(huán)境的信息，盡管二者是由波動(dòng)方程相聯(lián)系的，但是它們以不同的方式提供了聲場(chǎng)的信息，必須同時(shí)研究它們。既研究聲壓場(chǎng)又研究振速場(chǎng)的聲學(xué)稱為“矢量聲學(xué)”?！　鹘y(tǒng)的水聲信號(hào)處理技術(shù)僅僅是聲壓信號(hào)處理技術(shù)，基于水聽器陣的聲納系統(tǒng)是聲壓信號(hào)處理系統(tǒng)，聯(lián)合處理聲壓和振速信息的信號(hào)處理技術(shù)稱為“矢量聲信號(hào)處理”技術(shù)，相應(yīng)的聲納可稱為“矢量聲納”?！　”緯撌鍪噶柯晫W(xué)和矢量聲信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)?！　〗倌陙?，水聲信號(hào)處理僅討論聲壓場(chǎng)信號(hào)處理，聲納只是聲壓信號(hào)處理系統(tǒng)。由于聲矢量傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，近20年來矢量聲信號(hào)處理方法受到國內(nèi)水聲界的關(guān)注，哈爾濱工程大學(xué)是推動(dòng)國內(nèi)聲矢量傳感器技術(shù)及矢量聲信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的先驅(qū)者。矢量傳感器及相應(yīng)的矢量聲信號(hào)處理技術(shù)正逐步得到推廣應(yīng)用，其優(yōu)越性已逐步得到揭示，基于矢量信號(hào)處理的聲納正得到應(yīng)用?！　∽髡咭庾R(shí)到編著《矢量聲信號(hào)處理基礎(chǔ)》一書恰值其時(shí)，可謂之“應(yīng)運(yùn)而生”。本書可作為水聲專業(yè)的教材，亦可作為水聲領(lǐng)域工作者的參考書?！　”緯⒃谧髡咚诘难芯繄F(tuán)隊(duì)20年研究的基礎(chǔ)上，作為教材或入門參考書，特別選擇了矢量聲信號(hào)處理領(lǐng)域的基礎(chǔ)性知識(shí)作為主要內(nèi)容。敘述力求準(zhǔn)確、深入淺出、圖文并茂、試驗(yàn)數(shù)據(jù)豐富。

內(nèi)容概要

傳統(tǒng)的聲納或水聲設(shè)備均采用水聽器，水聽器僅響應(yīng)聲壓，因而它們是聲壓信息處理系統(tǒng)。聲場(chǎng)有聲壓場(chǎng)，也有振速場(chǎng)，聯(lián)合處理聲壓和振速的稱為矢量聲信號(hào)處理，相應(yīng)的設(shè)備為矢量水聲設(shè)備或矢量聲納。矢量聲納必能開辟新天地。本書介紹矢量聲學(xué)及矢量聲信號(hào)處理的基礎(chǔ)知識(shí)，包括：矢量聲學(xué)基礎(chǔ)概念，矢量聲信號(hào)處理基礎(chǔ)，矢量陣信號(hào)處理及淺海波導(dǎo)中的矢量聲場(chǎng)分析及其應(yīng)用。    本書力求行文簡(jiǎn)明、嚴(yán)謹(jǐn)，并有豐富的試驗(yàn)資料支持立論，通俗易懂。    本書可作為水聲專業(yè)的本科生或研究生教材，也可作為從事本專業(yè)研究的工程技術(shù)人員或研究人員的參考書。

書籍目錄

第1章　矢量聲學(xué)基礎(chǔ)  1.1　聲壓與振速  1.2　平面波歐姆定律  1.3　振速的方向矢量  1.4　聲強(qiáng)及聲強(qiáng)流  1.5　平均聲強(qiáng)器  1.6　復(fù)聲強(qiáng)器  1.7　矢量傳感器概述  參考文獻(xiàn)第2章　矢量聲信號(hào)處理基礎(chǔ)  2.1　單矢量傳感器組合指向性    2.1.1　單邊指向性    2.1.2　單邊指向性    2.1.3　矢量測(cè)向原理及其精度  2.2　矢量直線陣指向性  2.3　聲壓、振速多途信道系統(tǒng)函數(shù)  2.4　聲壓時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡  2.5　球面波聲場(chǎng)中水平直線陣TRM聚焦  2.6　多途信道中單水聽器TRM  2.7　單矢量傳感器TRM  參考文獻(xiàn)第3章　矢量陣信號(hào)處理  3.1　聲壓、振速互譜直方圖估計(jì)方位  3.2　矢量陣常規(guī)波束形成  3.3　聲壓陣MVDR方位譜估計(jì)  3.4　矢量陣MVDR方位譜估計(jì)  3.5　聲壓自適應(yīng)旁瓣抵消方位譜估計(jì)    3.5.1　多目標(biāo)旁瓣干擾    3.5.2　指向性e+和e-    3.5.3  自適應(yīng)抵消器    3.5.4  自適應(yīng)旁瓣抵消仿真結(jié)果  3.6　矢量自適應(yīng)旁瓣抵消器  參考文獻(xiàn)第4章　淺海波導(dǎo)中簡(jiǎn)正波聲強(qiáng)流及其信號(hào)處理  4.1　Pekeris波導(dǎo)中的聲壓場(chǎng)  4.2　簡(jiǎn)正波聲強(qiáng)流  4.3　低頻簡(jiǎn)正波聲強(qiáng)流特性  4.4　互譜處理器  4.5　分層介質(zhì)中的格林函數(shù)  4.6　快速場(chǎng)程序  4.7　簡(jiǎn)正波與側(cè)面波  4.8　矢量聲場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算原理  4.9　優(yōu)化的接收深度  4.10　躍變層水文淺海垂直聲強(qiáng)流  4.11　有吸收海底均勻水層中的垂直聲強(qiáng)流  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　目標(biāo)信號(hào)為帶限白色平面波噪聲，干擾背景為各向同性帶限白色噪聲；帶寬B=1kHz，積分時(shí)間T=1s；信噪比有兩種，SNR=-15dB和SNR=-12dBo作為對(duì)比還給出了同等條件下聲壓能量檢測(cè)器的ROC曲線?！　∮蓤D1-8可知，平均聲強(qiáng)器檢測(cè)性能優(yōu)于聲壓能量檢測(cè)器，在要求低虛警率時(shí)，平均聲強(qiáng)器的檢測(cè)概率顯著大于聲壓能量檢測(cè)器?！　?.6復(fù)聲強(qiáng)器　　探測(cè)輻射連續(xù)譜噪聲的單目標(biāo)時(shí)，平均聲強(qiáng)器是很有效的。當(dāng)存在多目標(biāo)時(shí)，平均聲強(qiáng)器只能測(cè)量多目標(biāo)的合成聲強(qiáng)流方向，不能分辨多目標(biāo)方位?！　∪裟繕?biāo)輻射線譜，復(fù)聲強(qiáng)器的性能顯著優(yōu)于平均聲強(qiáng)器，并且能分辨不同線譜頻率聲輻射的多目標(biāo)方位。即使兩個(gè)目標(biāo)均僅輻射連續(xù)譜噪聲，只要它們的頻譜不是完全相同的，復(fù)聲強(qiáng)器就能分辨該兩個(gè)目標(biāo)的方位?？傊瑥?fù)聲強(qiáng)器的運(yùn)算量略大于平均聲強(qiáng)器，但其檢測(cè)、測(cè)向和多目標(biāo)方位分辨性能均優(yōu)于平均聲強(qiáng)器?！　?fù)聲強(qiáng)器是聲壓、振速互譜處理器，它的框圖如圖1-9所示。

圖書封面

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