目錄
第1章 緒論
1 1 引言
1 2 基於目標輻射噪聲特性的檢測概況
1 3 基於聲反射斷層掃描成像的目標檢測
1 4 聲呐方位歷程圖顯示後置處理
參考文獻
第2章 線列陣目標檢測基本理論
2 1 常見的波束形成原理
2 2 旁瓣控制最優波束設計
2 3 設計實例
2 4 本章 小結
參考文獻
第3章 艦船輻射噪聲功率譜特性
3 1 艦船輻射噪聲數學建模
3 2 寬帶技術和窄帶技術
3 3 頻率方差加權線譜檢測算法及其改進算法
3 4 Alfa-Beta濾波修正的頻率方差加權線譜檢測器
3 5 線譜方位穩定性目標檢測技術及其改進算法
3 6 分頻帶空間譜和波束域的輸出直流跳變與起伏比值融合檢測方法
3 7 基於分頻帶和方位區間統計融合算法
3 8 本章 小結
參考文獻
第4章 基於AR模型的時變水聲信道統計分析
4 1 射線理論模型
4 2 水聲信道的時變模型分析
4 3 信道功率增益的理論統計特性分析
4 4 時變水聲信道仿真
4 5 本章 小結
參考文獻
第5章 方位歷程顯示圖後置處理
5 1 背景均衡
5 2 背景均衡後置處理
5 3 二維背景均衡算法
5 4 波束域Kalman濾波和背景均衡聯合處理
5 5 本章 小結
參考文獻
第6章 基於聲反射斷層掃描成像的目標檢測技術
6 1 線合成孔徑(SAS)目標分佈函數重建原理
6 2 線合成孔徑聲呐的數據獲取和信號處理
6 3 目標分佈函數的數字化重建算法
6 4 線合成孔徑(SAS)目標分佈函數數字重建仿真
6 5 線合成孔徑聲呐成像規律小結
6 6 圓合成孔徑(SAS)目標分佈函數重建方法
6 7 聲反射斷層掃描成像的目標重建方法
6 8 本章 小結
參考文獻
前言/序言
本書所述的水下微弱目標信號一般指艦船、小型無人航行器、潛艇、魚雷和水下炸彈等目標的輻射噪聲,這些信號在信道傳播過程中衰減畸變嚴重,加之其譜信息被列為機密,因此大大增加了其探測難度。眾所周知,水雷、炸彈等沉底小目標具有尺度小、目標強度低、散射聲場空間不均勻、水下環境目標多、易與自然目標混淆等特性。而當潛艇、艦船和魚雷等目標的螺旋槳旋轉時切割水體會產生線譜,這些線譜較連續譜有更高的譜級,並且在長距離傳輸過程中保持一定的穩定性,因此提取線譜這一途徑被認為可以大大提高被動聲呐對低頻水下目標的探測能力。近年來,減振降噪措施在極大降低甚至消除離散線譜,特別是高頻線譜方面取得了成功。這意味著老式艦艇輻射噪聲中一些頻率強度較高的線譜,對於現代艦艇來說,該頻率附近的線譜強度可能被降低到寬帶連續譜之下,甚至降低到無法檢測的量級。因此傳統的被動聲呐常規檢測算法所提供的陣增益有限,對干擾的抑制能力不強,需要接收端用更長的拖曳線列陣,在更低的頻率上工作以取得足夠的增益檢測餘留的、難以消除的譜線。
除了採用信號噪聲特徵檢測技術、陣列信號處理和線合成孔徑技術提高處理增益外,還可以採用聲反射斷層掃描目標檢測技術,通過聲呐相對目標360。方向掃描,從而接收更多的方位距離域反射投影數據,重建目標的空間分佈函數,為我國目前開展的基於線性運動的水下小目標探測識別技術提供一種精度較高的新型作業方式。因此,水下微弱目標探測和信號處理技術高度契合當前國家海洋開發和海軍發展戰略需求,在海洋工程、水利工程、水下安防和水下作戰中都有重要的理論創新和現實意義。
本書建立在筆者多年對水下微弱目標探測的科研基礎上,主要涉及強干擾、低信噪比下陣列信號處理技術、波束形成理論及應用、最優化波束圖設計、合成孔徑聲呐和水聲環境物理場傳播特性等內容。本書將理論、仿真和試驗有機結合,有助於讀者對相應問題的理解,引發讀者深入思考。
全書由6章 組成。第1章 簡要介紹水下微弱目標檢測和信號處理技術的研究背景,利用目標輻射噪聲中線譜特徵來檢測安靜型目標,合成孔徑聲呐和聲反射射斷層掃描技術在探測水下弱小掩埋目標方面的意義和技術發展狀況,以及後置處理結合水聲環境特性可以進一步提高聲呐檢測性能。第2章 介紹陣列信號處理中波束形成基本理論和最優化旁瓣控制在目標方位估計中的應用。第3章 圍繞目標輻射噪聲特徵,研究線譜檢測和寬帶檢測的性能,在低信噪比、強干擾下對比分析幾種分頻帶融合算法的性能和相應的試驗數據處理結果。第4章 和第5章 闡述時變水聲信道的統計分析方法,希望將對信道功率的預測應用到聲呐方位歷程顯示波束輸出預測中,以利於在後置處理中對二維背景的均衡處理,進一步提高弱目標檢測性能。第6章 對比分析掩埋目標高精度探測和成像時用到的各種合成孔徑聲呐信號處理算法,並初步探索其數字化實現,提出新的基於聲反射斷層掃描探測和成像的方案,完成方案的可行性論證,但對算法的信噪比條件、運動誤差分析、探測的範圍和精度等問題還在進一步探索中。同時,本書給出水下物理聲場建模和仿真的工具方法介紹,以幫助非聲學專業的讀者快速入門。
本書可作為從事水聲信號處理、水聲工程專業研究的人員,相關專業教學人員及高年級本科生、研究生的參考用書。
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