《水下自主聲探測(cè)技術(shù)》圍繞水下無人平臺(tái)對(duì)水中目標(biāo)的自主探測(cè)、定位、識(shí)別與參數(shù)估計(jì)問題,較全面地論述了水下聲探測(cè)相關(guān)的技術(shù)理論及其工程應(yīng)用。
《水下自主聲探測(cè)技術(shù)》共分10章,主要介紹目標(biāo)與海洋環(huán)境聲特性、聲基陣與波束形成、信號(hào)的時(shí)域檢測(cè)、線譜檢測(cè)與自動(dòng)提取、目標(biāo)的定向與定位、目標(biāo)的距離和深度估計(jì)、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)、目標(biāo)識(shí)別、矢量水聽器及其應(yīng)用等內(nèi)容。
《水下自主聲探測(cè)技術(shù)》重視理論分析與算法推導(dǎo),給出了豐富的仿真和湖海試驗(yàn)實(shí)例,希望有益于讀者借鑒并解決工程實(shí)踐問題。
《水下自主聲探測(cè)技術(shù)》體系完整,內(nèi)容全面,是一部實(shí)踐性與針對(duì)性較強(qiáng)的水下聲探測(cè)領(lǐng)域?qū)V,體現(xiàn)了水下無人平臺(tái)自主聲探測(cè)技術(shù)近年來的新成果,對(duì)水下無人平臺(tái)自主聲探測(cè)技術(shù)的發(fā)展和工程實(shí)踐具有重要的指導(dǎo)作用。
《水下自主聲探測(cè)技術(shù)》可供水下無人平臺(tái)自主聲探測(cè)技術(shù)科研、生產(chǎn)、試驗(yàn)和保障的專業(yè)人員參考,以及其他水下聲探測(cè)領(lǐng)域的科研人員參考,也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教材。
水下自主聲探測(cè)技術(shù),指基于水下無人平臺(tái)的聲信號(hào)檢測(cè)、定位、識(shí)別與參數(shù)估計(jì)等技術(shù),這些技術(shù)在無人平臺(tái)上通過計(jì)算機(jī)程序自主實(shí)現(xiàn)。水下無人平臺(tái)作為海洋監(jiān)測(cè)體系的重要組成部分,有很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。水下無人平臺(tái)能機(jī)動(dòng)靈活地布設(shè)在需要研究的特定海域,以水下系留、坐底或機(jī)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)對(duì)特定海域的長(zhǎng)期自主監(jiān)測(cè),記錄海洋環(huán)境噪聲與各類目標(biāo)發(fā)出的聲信號(hào),通過信號(hào)處理,獲得海洋環(huán)境與水下聲源的信息。
傳統(tǒng)上,水下自主聲探測(cè)技術(shù)被歸類到水聲信號(hào)處理領(lǐng)域?梢哉f,水聲信號(hào)處理技術(shù)是水下自主聲探測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)。但是,與通常的岸基或船基水聲探測(cè)不同,水下自主聲探測(cè)受到多方面的苛刻限制,主要包括:①無人平臺(tái)一般尺度較小,不能布設(shè)大型基陣;②以電池供電,在水下長(zhǎng)期值守,要求功耗不能太高;③需在無人參與條件下,在復(fù)雜海洋干擾背景中根據(jù)計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)完成全部檢測(cè)、識(shí)別與定位任務(wù),對(duì)智能化與可靠性要求非常高。
由于這些限制,在水下無人平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)的探測(cè)、定位、識(shí)別與運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)是一項(xiàng)富有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。此外,隨著人們把越來越多的目光投向海洋,建設(shè)透明海洋成為迫切的需求,水下自主聲探測(cè)技術(shù)在海洋安全、海洋開發(fā)與海洋科學(xué)研究上都具有重要意義。
本書建立在作者多年來科學(xué)研究與工程實(shí)踐的基礎(chǔ)上,深入討論了水下無人平臺(tái)對(duì)目標(biāo)探測(cè)、定位、識(shí)別與運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的方法,并給出了豐富的仿真與實(shí)驗(yàn)實(shí)例。全書分10章:第1章介紹水下自主聲探測(cè)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì);第2章介紹船舶輻射噪聲的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí),討論了海洋環(huán)境與目標(biāo)聲特性,其差異是信號(hào)檢測(cè)的基礎(chǔ);第3章介紹水下無人平臺(tái)聲基陣設(shè)計(jì)和波束形成技術(shù):第4章與第5章是信號(hào)檢測(cè)部分,其中第4章討論水下無人平臺(tái)對(duì)目標(biāo)的時(shí)域檢測(cè)方法;第5章討論低頻線譜檢測(cè)方法:第6章與第7章是聲源定位部分,其中第6章討論水下無人平臺(tái)對(duì)水面目標(biāo)的定向與定位方法,分析了定位誤差,包括海洋聲學(xué)環(huán)境對(duì)定位精度的影響,給出了實(shí)際海洋環(huán)境下定位精度的一般規(guī)律和能達(dá)到的極限,第7章討論水下無人平臺(tái)對(duì)目標(biāo)的距離和深度估計(jì)方法;第8章討論目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)問題;第9章討論水下目標(biāo)的分類識(shí)別方法,包括不同類型目標(biāo)的識(shí)別、水下目標(biāo)與水面目標(biāo)的識(shí)別等;第10章討論矢量水聽器與聲強(qiáng)矢量陣在水下無人平臺(tái)上的應(yīng)用。
本書的編著得到了國(guó)防工業(yè)出版社和中國(guó)船舶重工集團(tuán)有限公司第七一〇研究所等有關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)和專家的關(guān)心和支持。王曉林所長(zhǎng)欣然為本書作序,這是對(duì)作者的鼓勵(lì)與期望。海軍工程大學(xué)顏冰教授與西北工業(yè)大學(xué)張效民教授多次審閱了書稿,海軍航空工程學(xué)院孫明太教授、海軍大連艦艇學(xué)院馬愛民教授、海軍裝備技術(shù)研究所羅永達(dá)高工、海軍工程大學(xué)苑秉成教授、第七一〇研究所劉成研究員、陳川研究員、羅會(huì)彬研究員與林平研究員審查了書稿并提出了寶貴意見。編寫過程中得到國(guó)防工業(yè)出版社許波建編輯的指導(dǎo),得到了第七-O研究所鄭偉、鄧秀華、劉圣松、趙冬艷等同志的幫助,第七一〇研究所姚海濤、秦銀校對(duì)了書稿。在此一并表示衷心的感謝!
本書的編寫始于師從西北工業(yè)大學(xué)相敬林教授所打下的基礎(chǔ),謹(jǐn)向相老師致以崇高的敬意!在本書編寫過程中參考了許多文獻(xiàn)資料,在此向作者們表示感謝!
由于作者水平所限,書中難免有錯(cuò)誤之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
陳韶華,博士,研究員,碩士研究生導(dǎo)師,2006年畢業(yè)于西北工業(yè)大學(xué)航海工程學(xué)院,同年至中船重工第七一〇研究所工作,歷任“十一五”至“十三五”預(yù)研課題負(fù)責(zé)人、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題負(fù)責(zé)人,重點(diǎn)型號(hào)副主任設(shè)計(jì)師、副總設(shè)計(jì)師。獲部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)2項(xiàng),二等獎(jiǎng)1項(xiàng),三等獎(jiǎng)3項(xiàng),獲授權(quán)發(fā)明專利10余項(xiàng),發(fā)表論文30余篇,其中被EI收錄20余篇,系國(guó)內(nèi)外多種科技期刊審稿人,享受國(guó)務(wù)院政府特殊津貼。
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 水下自主聲探測(cè)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)
1.2.1 功能與工作過程
1.2.2 組成結(jié)構(gòu)
1.3 水下自主聲探測(cè)系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)
1.4 水下自主聲探測(cè)技術(shù)的發(fā)展概況
1.4.1 單水聽器探測(cè)
1.4.2 二元陣探測(cè)
1.4.3 多元陣探測(cè)與定位
1.4.4 目標(biāo)識(shí)別
1.4.5 矢量聲探測(cè)定位
1.5 水下自主聲探測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
1.6 本書內(nèi)容安排
參考文獻(xiàn)
第2章 目標(biāo)與海洋環(huán)境聲場(chǎng)特性
2.1 水下聲場(chǎng)基本概念
2.2 被動(dòng)聲吶方程
2.3 水下目標(biāo)聲特性
2.3.1 船舶輻射噪聲場(chǎng)
2.3.2 體積目標(biāo)的縱向分布特性
2.4 海洋環(huán)境噪聲特性
2.4.1 噪聲源與功率譜
2.4.2 空間分布
2.4.3 幅度分布
2.5 水聲傳播信道特性
2.5.1 信道的衰落和色散
2.5.2 相干多途信道
2.5.3 聲場(chǎng)計(jì)算模型與軟件
2.5.4 水聲信道的測(cè)量
2.6 噪聲分析中的常用計(jì)算
2.6.1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的功率譜密度級(jí)
2.6.2 譜級(jí)與寬帶聲源級(jí)換算
參考文獻(xiàn)
……
第3章 聲基陣與波束形成
第4章 信號(hào)的時(shí)域檢測(cè)
第5章 線譜檢測(cè)與自動(dòng)提取
第6章 目標(biāo)的定向與定位
第7章 目標(biāo)的距離和深度估計(jì)
第8章 目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)
第9章 目標(biāo)識(shí)別
第10章 矢量水聽器及其應(yīng)用