水下声源定位理论与技术/海洋声学与信息感知丛书
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作者杨坤德//段睿//李辉//马远良
出版社电子工业
ISBN9787121364723
出版时间2019-12
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定价98元
货号1201991253
上书时间2024-06-03
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目录
目 录
第1章 绪论1
1.1 研究意义1
1.2 研究历史和现状3
1.2.1 海洋声学主要工作3
1.2.2 声源被动定位方法10
1.3 本书的结构13
第2章 基本知识介绍16
2.1 概述16
2.2 声场传播模型16
2.2.1 理想流体介质中的波动方程16
2.2.2 射线模型18
2.2.3 简正波模型20
2.2.4 抛物方程模型21
2.3 全球水声环境主要参数分布23
2.3.1 数据集23
2.3.2 海底地形23
2.3.3 声速剖面分布24
2.3.4 深海声道轴深度28
2.3.5 表面波导厚度29
2.3.6 临界深度分布30
2.4 典型声传播模式分析31
2.4.1 大陆坡及大陆架斜坡传播模式31
2.4.2 海底反射模式42
2.4.3 表面波导模式和泄漏模式44
2.4.4 可靠声路径47
2.4.5 海底反射与表面波导泄漏能量对比50
2.5 水声信号定位方法52
2.5.1 方位估计（DOA）算法52
2.5.2 匹配场信号处理55
2.5.3 基于稀疏表示的DOA方法58
本章小结64
第3章 浅海窄带声源定位方法65
3.1 概述65
3.2 水平线阵列声场定位原理66
3.2.1 线性匹配场定位原理及其评价指标66
3.2.2 时反聚焦定位原理及其评价指标68
3.3 匹配场定位性能分析69
3.3.1 仿真条件69
3.3.2 水平线阵列深度对匹配场定位性能的影响70
3.3.3 海底水平线阵列的匹配场定位性能75
3.4 时反聚焦定位性能分析76
3.4.1 仿真条件76
3.4.2 水平线阵列深度对时反聚焦性能的影响76
3.4.3 海洋环境对水平线阵列时反聚焦性能的影响78
3.5 匹配场定位的虚拟时反实现方法80
3.5.1 虚拟时反实现方法80
3.5.2 传统匹配场处理和虚拟时反实现方法比较82
3.5.3 仿真数据分析85
3.5.4 实验数据分析88
本章小结92
第4章 浅海宽带声源定位方法94
4.1 概述94
4.2 基于自相关函数的定位方法95
4.2.1 多途信道模型及环境敏感性分析95
4.2.2 本征声线特征参数的提取及其定位方法98
4.2.3 自相关函数匹配的稳健目标定位方法100
4.2.4 仿真分析105
4.2.5 实验数据分析109
4.3 基于多途到达结构的近距离声源定位方法112
4.3.1 浅海多途到达结构特征112
4.3.2 多途到达结构匹配的定位方法113
4.3.3 仿真验证115
4.4 基于简正波模态消频散变换的定位方法116
4.4.1 浅海简正波模态频散特性116
4.4.2 定位方法117
4.4.3 海底参数与声源位置参数的同时求解119
4.4.4 实验数据分析123
4.5 基于集合卡尔曼滤波的声源跟踪方法127
4.5.1 集合卡尔曼滤波简介127
4.5.2 运动声源跟踪定位方法127
4.5.3 仿真分析131
4.5.4 实验数据分析140
本章小结144
第5章 基于深海近海面阵列的声源定位方法146
5.1 概述146
5.2 基于海底反射信号多途到达结构的定位方法146
5.2.1 深海多途到达结构特征147
5.2.2 联合定位方法（SE方法）的应用148
5.2.3 实验数据处理149
5.3 基于几何关系近似的声源定位方法157
5.3.1 多途时延的几何关系模型157
5.3.2 定位方法介绍159
5.3.3 实验数据处理161
本章小结163
第6章 深海可靠声路径下基于单阵元的声源定位方法164
6.1 概述164
6.2 可靠声路径的声场特性分析165
6.2.1 无影区特性165
6.2.2 声传播特性分析167
6.3 基于延时互相关函数的定位方法171
6.3.1 基于射线理论的声场互相关特性分析171
6.3.2 运动声源测速和定深方法172
6.3.3 声场互相关仿真和应用分析175
6.3.4 实验数据处理182
6.3.5 方法应用限制和误差分析186
6.4 基于直达波-海面反射波时延的运动声源定位方法研究187
6.4.1 扩展卡尔曼滤波理论介绍187
6.4.2 声源速度位置估计方法及仿真分析188
6.4.3 实验数据处理195
本章小结198
第7章 深海可靠声路径下基于双阵元的声源定位方法199
7.1 概述199
7.2 基于多途时延差的双阵元深海匹配定位方法199
7.2.1 匹配定位方法原理199
7.2.2 定位方法仿真结果和误差分析200
7.2.3 实验数据验证203
7.3 双水听器互相关函数匹配定位方法204
7.3.1 基于互相关函数匹配的被动定位方法204
7.3.2 定位方法的模糊平面及性能分析208
7.3.3 互相关函数的稀疏重构方法219
7.3.4 实验数据处理220
本章小结225
第8章 深海可靠声路径下基于垂直线阵列的声源定位方法226
8.1 引言226
8.2 基于多途到达结构的定位方法研究226
8.2.1 加权子空间拟合匹配定位方法（WSF-MF）的应用226
8.2.2 WSF-MF方法的定位精度及稳健性分析227
8.3 声场空频域联合的定位方法研究235
8.3.1 联合定位方法及算例235
8.3.2 联合定位方法性能分析241
8.3.3 联合定位方法应用于水面和水下声源分类244
8.3.4 实验数据处理249
本章小结252
第9章 深海可靠声路径下的干涉条纹特征及其应用254
9.1 概述254
9.2 劳埃德镜的简正波分析255
9.2.1 等声速波导环境255
9.2.2 深海环境260
9.3 干涉条纹分析263
9.3.1 中等距离内的3种干涉条纹263
9.3.2 干涉条纹轨迹的计算方法267
9.4 深度估计中的应用268
9.4.1 MIS方法268
9.4.2 MFS方法270
9.4.3 MIS方法和MFS方法的性能分析273
9.5 海上实验数据验证274
9.5.1 采用MIS方法估计气枪声源深度276
9.5.2 采用MFS方法估计爆炸声源深度277
本章小结277
第10章 阵列流形失配条件下的水平线阵列测向方法279
10.1 概述279
10.2 基于稀疏性的被动合成孔径定位与子阵处理方法279
10.2.1 运动直线阵列被动合成孔径方法（PSA）原理介绍279
10.2.2 子阵位移误差对PSA方法的影响282
10.2.3 子阵位移误差时的直线阵列稀疏贝叶斯DOA284
10.2.4 基于稀疏贝叶斯的直线阵列PSA293
10.3 海底水平线阵列测向误差分析及误差修正方法研究297
10.3.1 测向误差的物理成因297
10.3.2 测向误差随声源距离和声源方向变化规律研究302
10.3.3 测向误差修正方法309
本章小结311
参考文献313
内容摘要
本书系统地介绍了水下声源定位理论与技术。全书共10章，包括绪论、基本知识介绍、浅海窄带声源定位方法、浅海宽带声源定位方法、基于深海近海面阵列的声源定位方法、深海可靠声路径下基于单阵元的声源定位方法、深海可靠声路径下基于双阵元的声源定位方法、深海可靠声路径下基于垂直线阵列的声源定位方法、深海可靠声路径下的干涉条纹特征及其应用、阵列流形失配条件下的水平线阵列测向方法。本书融入了作者团队10余年来在水下声源定位方面的理论与技术科研成果，纳入了作者团队在国内外重要期刊上发表的40余篇论文，同时也参考了少量国内外相关的研究工作文献。本书对水下声源定位问题叙述详尽，理论、方法与技术的分析力求系统、深入，阐述深入浅出，便于自学。本书可供水声工程、海洋工程、水中兵器、海洋监测、海洋开发等领域的科研工作者、教学人员、研究生和本科生参考。
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