水聲陣列信號(hào)的匹配場(chǎng)處理

內(nèi)容概要

本書深入系統(tǒng)地介紹了水聲陣列信號(hào)匹配場(chǎng)處理的理論和方法。全書主要內(nèi)容有：水聲環(huán)境參數(shù)反演的總體框架，淺海環(huán)境參數(shù)寬帶匹配場(chǎng)反演，淺海聲速剖面的反演方法，匹配場(chǎng)定位的基本原理和穩(wěn)健方法，匹配場(chǎng)噪聲抑制的原理和穩(wěn)健方法等。本書內(nèi)容新穎，體現(xiàn)了近年來國(guó)內(nèi)外尤其是作者所在的課題組在該專業(yè)領(lǐng)域的有關(guān)研究成果，突出了需要解決的實(shí)際問題，可供從事水聲工程、海洋工程、聲納技術(shù)等領(lǐng)域的科技人員和高等院校師生參考。

作者簡(jiǎn)介

楊坤德，1974年生，分別于1996年、1999年、2003年獲西北工業(yè)大學(xué)學(xué)士、碩士和博士學(xué)位，現(xiàn)為西北工業(yè)大學(xué)航海學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師。2006-2007年在加拿大維多利亞大學(xué)從事訪問學(xué)者研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金2項(xiàng)，其他科研項(xiàng)目7項(xiàng)，并參與8項(xiàng)國(guó)家及省部級(jí)科研項(xiàng)目；已發(fā)表論文40余篇，被SCI、EI等檢索20余篇次；已授權(quán)專利3項(xiàng)；參編教材2部；獲各種科技獎(jiǎng)勵(lì)4項(xiàng)?，F(xiàn)為IEEE會(huì)員，中國(guó)聲學(xué)學(xué)會(huì)青年工作委員會(huì)委員，中國(guó)海洋學(xué)會(huì)海洋物理分會(huì)委員。主要研究領(lǐng)域?yàn)樗曃锢?、聲納技術(shù)、水聲信號(hào)處理、海上電磁傳播等。

書籍目錄

第1章　概述　1.1　匹配場(chǎng)處理的含義　1.2　水聲環(huán)境參數(shù)的匹配場(chǎng)反演　1.3　水下目標(biāo)的匹配場(chǎng)被動(dòng)定位　1.4　匹配場(chǎng)噪聲抑制　參考文獻(xiàn)第2章　水聲環(huán)境參數(shù)反演的總體框架　2.1　引言　2.2　水聲環(huán)境參數(shù)反演的目標(biāo)函數(shù)　　2.2.1　匹配物理量及目標(biāo)函數(shù)的建立　　2.2.2　淺海環(huán)境參數(shù)模型的建立　　2.2.3　反演參數(shù)的上下邊界　　2.2.4　反演參數(shù)的敏感性分析　2.3　拷貝場(chǎng)計(jì)算的基本模型　　2.3.1　聲傳播的基本模型　　2.3.2　常用模型計(jì)算程序的性能比較　2.4　參數(shù)反演的全局尋優(yōu)算法　　2.4.1　用差異進(jìn)化算法進(jìn)行海洋環(huán)境參數(shù)反演　　2.4.2　差異進(jìn)化算法的性能仿真　　2.4.3　基于差異進(jìn)化算法的混合優(yōu)化算法　　2.4.4　混合優(yōu)化算法在匹配場(chǎng)反演中的性能分析　2.5　參數(shù)反演結(jié)果的不確定性分析　　2.5.1　參數(shù)反演不確定性分析的研究現(xiàn)狀　　2.5.2　逆問題的貝葉斯積分　　2.5.3　鄰域近似算法的基本原理　　2.5.4　估計(jì)PPD的鄰域算法結(jié)構(gòu)及仿真結(jié)果　　2.5.5　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證　2.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第3章　淺海環(huán)境參數(shù)寬帶匹配場(chǎng)反演　3.1　引言　3.2　寬帶匹配場(chǎng)反演的最大似然目標(biāo)函數(shù)分析　　3.2.1　寬帶數(shù)據(jù)假設(shè)　　3.2.2　觀察數(shù)據(jù)具有幅度和相位信息時(shí)的目標(biāo)函數(shù)　　3.2.3　觀察數(shù)據(jù)只有幅度信息時(shí)的目標(biāo)函數(shù)　3.3　相干與非相干寬帶匹配場(chǎng)處理　　3.3.1　數(shù)據(jù)模型與Bartlett處理器　　3.3.2　寬帶非相干Bartlett處理器　　3.3.3　寬帶相干處理器　　3.3.4　Westwood寬帶匹配場(chǎng)處理器　3.4　寬帶匹配場(chǎng)反演的多步優(yōu)化方法　　3.4.1　反演模型參數(shù)的敏感性指數(shù)　　3.4.2　多步匹配場(chǎng)反演方法　3.5　寬帶匹配場(chǎng)反演的實(shí)例　　3.5.1　實(shí)驗(yàn)條件　　3.5.2　水平不變的寬帶匹配場(chǎng)反演　　3.5.3　水平變化的寬帶匹配場(chǎng)反演　　3.5.4　參數(shù)反演結(jié)果的比較分析　3.6　淺海環(huán)境參數(shù)反演的誤差來源分析　3.7　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第4章　淺海聲速剖面的反演方法　4.1　引言　4.2　淺海聲速剖面的經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)表示　　4.2.1　用EOF表示聲速剖面的原理　　4.2.2　中國(guó)東海聲速剖面的EOF表示　　4.3　沉積層對(duì)多途到達(dá)結(jié)構(gòu)的影響　　4.3.1　沉積層分類　　4.3.2　仿真條件　　4.3.3　多途到達(dá)的簡(jiǎn)正波模型仿真方法　　4.3.4　多途到達(dá)的聲線仿真方法　　4.3.5　多途到達(dá)仿真結(jié)果的比較　4.4　淺海聲速剖面的聲線到達(dá)時(shí)差反演方法　　4.4.1　到達(dá)時(shí)差反演方法的原理　　4.4.2　到達(dá)時(shí)差反演的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析　4.5　淺海聲速剖面的匹配波束反演　　4.5.1　匹配波束反演的原理　　4.5.2　匹配波束反演的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證　4.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第5章　匹配場(chǎng)定位的基本原理和穩(wěn)健方法　5.1　線性匹配場(chǎng)處理器的原理　5.2　全階自適應(yīng)匹配場(chǎng)處理器　　5.2.1　自適應(yīng)匹配場(chǎng)處理器的原理　　5.2.2　非相干噪聲條件下的匹配場(chǎng)處理陣增益　　5.2.3　非相關(guān)多源干擾噪聲條件下的匹配場(chǎng)處理陣增益　　5.2.4　匹配場(chǎng)處理對(duì)失配誤差的敏感性　5.3　自適應(yīng)降階匹配場(chǎng)算法　　5.3.1　自適應(yīng)降階匹配場(chǎng)算法的通用結(jié)構(gòu)　　5.3.2　基于特征向量的降階自適應(yīng)匹配場(chǎng)處理算法　　5.3.3　基于模式分解的降階自適應(yīng)匹配場(chǎng)處理算法　5.4　環(huán)境參數(shù)失配條件下的穩(wěn)健自適應(yīng)匹配場(chǎng)定位算法　　5.4.1　鄰域位置約束的匹配場(chǎng)定位算法　　5.4.2　環(huán)境擾動(dòng)約束的匹配場(chǎng)定位算法　5.5　運(yùn)動(dòng)目標(biāo)自適應(yīng)匹配場(chǎng)定位的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法　　5.5.1　運(yùn)動(dòng)點(diǎn)源的聲場(chǎng)模型　　5.5.2　運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法　　5.5.3　強(qiáng)干擾背景下的子空間運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法　5.6　不確定環(huán)境下的穩(wěn)健自適應(yīng)匹配場(chǎng)處理　　5.6.1　環(huán)境失配及存在水面強(qiáng)干擾時(shí)的AMFP方案　　5.6.2　性能仿真　　5.6.3　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證　5.7　基于扇區(qū)特征向量約束的穩(wěn)健自適應(yīng)匹配場(chǎng)處理器　　5.7.1　扇區(qū)聚焦約束自適應(yīng)匹配場(chǎng)處理器　　5.7.2　扇區(qū)特征向量約束自適應(yīng)匹配場(chǎng)處理器　　5.7.3　MV-SEC的特點(diǎn)　　5.7.4　性能仿真　　5.7.5　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證　5.8　基于環(huán)境擾動(dòng)的線性匹配場(chǎng)處理方法　　5.8.1　環(huán)境擾動(dòng)線性匹配場(chǎng)的原理　　5.8.2　線性匹配場(chǎng)干擾抑制算法　　5.8.3　性能仿真　　5.8.4　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證　5.9　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)第6章　匹配場(chǎng)噪聲抑制的原理和穩(wěn)健方法　6.1　匹配場(chǎng)噪聲抑制的研究歷程　6.2　匹配場(chǎng)噪聲抑制的原理與穩(wěn)健方法　　6.2.1　匹配場(chǎng)噪聲抑制的基本原理　　6.2.2　多約束匹配場(chǎng)噪聲抑制的理論解　　6.2.3　匹配場(chǎng)波束形成后噪聲抑制方法　　6.2.4　性能仿真　6.3　MFPIC用于同方向強(qiáng)干擾背景下的目標(biāo)檢測(cè)　6.4　匹配場(chǎng)噪聲抑制的矩陣濾波方法　　6.4.1　矩陣濾波方法的原理　　6.4.2　穩(wěn)健的空域矩陣濾波方法　6.5　基于矩陣濾波的拖線陣匹配場(chǎng)噪聲抑制方法　　6.5.1　拖船噪聲抑制的矩陣濾波方法　　6.5.2　數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果　6.6　本章小結(jié)　參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　概述　　本章首先介紹了匹配場(chǎng)處理的基本含義，其次對(duì)匹配場(chǎng)反演、　　匹配場(chǎng)定位和匹配場(chǎng)噪聲抑制的研究背景進(jìn)行了闡述。　　1.1　匹配場(chǎng)處理的含義　　匹配場(chǎng)處理（MFP：Matched Field Processing）的含義是：利用海洋環(huán)境參數(shù)和聲傳播信道特性，通過水下聲場(chǎng)模型計(jì)算得到接收基陣的聲場(chǎng)幅度和相位，形成拷貝場(chǎng)向量，并與基陣接收數(shù)據(jù)進(jìn)行“匹配”，從而實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)的被動(dòng)定位和海洋環(huán)境參數(shù)的精確估計(jì)?！　÷曉?、海洋信道與水聽器陣是水聲學(xué)研究中的三個(gè)基本要素。聲源在水中輻射聲信號(hào)，是形成聲場(chǎng)的源頭；海洋信道則決定了聲波在海洋中的傳播特點(diǎn)；水聽器陣用以接收聲信號(hào)，對(duì)水中的聲場(chǎng)分布進(jìn)行采樣。這三者之間相互密切聯(lián)系，構(gòu)成不可分割的統(tǒng)一整體。已知其中兩者，就可以推斷第三者，這就是水聲匹配場(chǎng)處理的基本依據(jù)。如果已知水聽器陣接收信號(hào)和海洋信道信息，待求解的是包括聲源位置在內(nèi)的聲源信息，這就是匹配場(chǎng)被動(dòng)定位。如果已知的是水聽器陣接收信號(hào)和包括聲源位置在內(nèi)的聲源信息，待求解的是海洋信道信息，這就是匹配場(chǎng)反演（MFI：MatchedField Inversion）。它們都是水聲匹配場(chǎng)處理研究的重要內(nèi)容。　　匹配場(chǎng)處理技術(shù)近年來在水下目標(biāo)檢測(cè)、被動(dòng)定位、海洋環(huán)境參數(shù)反演等方面的應(yīng)用受到廣泛的關(guān)注。在過去的近20年里，國(guó)內(nèi)外許多專家學(xué)者進(jìn)行了這方面的研究，并表現(xiàn)出了極大的興趣。匹配處理技術(shù)自20世紀(jì)90年代中期以來，一直是國(guó)際上水聲學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

編輯推薦

　　《水聲陣列信號(hào)的匹配場(chǎng)處理》試圖以比較簡(jiǎn)明的方式，向讀者介紹匹配場(chǎng)處理的基本理論及一些具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的研究成果。其內(nèi)容以作者所在的課題組多年的科研積累為主，所收集的素材主要來自課題組在國(guó)內(nèi)外期刊上發(fā)表的論文，同時(shí)廣泛參考了國(guó)內(nèi)外取得的代表性成果。《水聲陣列信號(hào)的匹配場(chǎng)處理》共分6章。第1章概述了匹配場(chǎng)定位、匹配場(chǎng)反演和匹配場(chǎng)噪聲抑制的研究背景。第2章概括總結(jié)了匹配場(chǎng)反演問題的總體框架，對(duì)水聲環(huán)境參數(shù)反演的重要環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。第3章對(duì)國(guó)內(nèi)外廣泛研究的寬帶匹配場(chǎng)處理問題進(jìn)行了深入的研究，并給出了中國(guó)東海海底參數(shù)反演的實(shí)例。第4章闡述了淺海聲速剖面的經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)表示問題，并研究了兩種反演聲速剖面的穩(wěn)健方法。第5章研究了匹配場(chǎng)定位的基本原理，并闡述了作者研究的匹配場(chǎng)定位穩(wěn)健方法。第6章詳細(xì)介紹了作者所在的課題組近年來提出的匹配場(chǎng)噪聲抑制的原理和穩(wěn)健方法。

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