《水下聲信號處理技術(shù)》主要介紹了寬帶信號及處理的內(nèi)涵、時間－尺度域特征；發(fā)射信號的設(shè)計，目標(biāo)回波信號的檢測和參量估計；小波變換域估計器－相關(guān)器，散射函數(shù)的估計對于物理參數(shù)的測量誤差的敏感性；利用卡爾曼濾波估計復(fù)雜運動目標(biāo)的多亮點位置和速度，分析小波變換域估計器－相關(guān)器對于散射函數(shù)誤差的靈敏性。另外，介紹了全維和降維空時自適應(yīng)處理（STAP）的原理，討論了STAP抗混響的基本結(jié)構(gòu)和流程，敘述了在三種不同應(yīng)用場合下的降維STAP抗混響方法，并分析了各自的處理性能。
《水下聲信號處理技術(shù)》反映了魚雷聲自導(dǎo)信號處理的發(fā)展前沿和國內(nèi)目前現(xiàn)有的研究狀況，面向魚雷自導(dǎo)、水下聲信號處理技術(shù)研究和該領(lǐng)域從事寬帶系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計的廣大科研和工程設(shè)計人員，也可作為相關(guān)專業(yè)研究生和高年級本科生的參考資料。
傳統(tǒng)的水下聲信號處理技術(shù)是建立在窄帶匹配濾波理論基礎(chǔ)上的。由于窄帶信號形式簡單、處理方便、計算量小，其已廣泛應(yīng)用于水聲信號處理的各個領(lǐng)域，如魚雷制導(dǎo)、水聲對抗、水下通信等。但是，由于窄帶系統(tǒng)存在參數(shù)估計精度低、目標(biāo)識別能力差、目標(biāo)回波攜帶信息量小等弱點，因此在對水聲信號進(jìn)行處理和特征提取時存在一定的局限性。早在20世紀(jì)60年代寬帶技術(shù)就應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，寬帶信號具有目標(biāo)回波攜帶信息量大、混響背景相關(guān)性弱等特點。寬帶的水下聲信號處理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有探測精度高，抗干擾能力強，可提高目標(biāo)檢測概率等諸多優(yōu)勢。因此，有利于目標(biāo)信號的檢測、參數(shù)的精確估計以及目標(biāo)特征提取。目前，寬帶信號處理已經(jīng)受到水聲界的廣泛關(guān)注。
寬帶處理從方法上大體可分為兩大類：一類是傅里葉綜合法，即將寬帶信號以一定步長分為若干窄帶信號，進(jìn)而利用傳統(tǒng)的窄帶方法進(jìn)行處理，再將結(jié)果綜合，但這樣的處理并不總是有效的，且存在著較大系統(tǒng)偏差；另一類是對寬帶信號進(jìn)行二維處理，如寬帶模糊度函數(shù)方法，以及近年來迅速發(fā)展的現(xiàn)代信號處理方法，如小波變換、時頻分析等，其中小波變換是為克服傅里葉分析不能做局部分析的缺點而提出來的，由于其分析時間一頻率局部化的卓越效果而備受關(guān)注，成為信號處理、信息獲取與處理等許多領(lǐng)域首選的數(shù)學(xué)分析工具，特別適于對非平穩(wěn)信號、寬頻帶信號的處理。群論從20世紀(jì)晚期開始作為基礎(chǔ)性工具得到廣泛應(yīng)用，與小波變換理論緊密聯(lián)系，成為寬帶信號處理的有力數(shù)學(xué)工具。
對主動聲探測系統(tǒng)而言，為對抗混響干擾，除了采用先進(jìn)的發(fā)射波形設(shè)計之外，還可進(jìn)行信號處理算法研究。在空時自適應(yīng)處理領(lǐng)域，二維聯(lián)合處理能夠獲得比通常空時級聯(lián)處理更好的性能，但是之前的空時自適應(yīng)處理方法多是針對于雷達(dá)信號，本書在其水下聲信號抗混響方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究和論述。
本書主要介紹了水下聲信號的寬帶處理方法和空時自適應(yīng)處理抗混響原理與方法。
第1章 緒論
1.1 水下聲信號處理研究的意義
1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究的歷史與現(xiàn)狀
1.3 主要內(nèi)容與安排
參考文獻(xiàn)
第2章 寬帶處理與寬帶信號分析
2.1 寬帶信號與寬帶處理
2.1.1 寬帶的信號與寬帶處理的內(nèi)涵
2.1.2 目標(biāo)回波的寬帶模型
2.1.3 寬帶信號處理與小波變換
2.2 寬帶信號分析
2.2.1 寬帶調(diào)頻信號
2.2.2 時間頻率分集信號
2.2.3 回聲定位動物發(fā)聲信號
2.2.4 信號分析小結(jié)
參考文獻(xiàn)
第3章 點目標(biāo)的寬帶檢測與參數(shù)估計
3.1 寬帶主動信號波形設(shè)計
3.1.1 主動信號檢測波形設(shè)計
3.1.2 寬帶主動信號參量估計波形設(shè)計
3.2 點目標(biāo)檢測
3.2.1 寬帶小波檢測器
3.2.2 尺度寬容小波檢測器
3.2.3 基于小波-Radon變換的寬帶HFM信號檢測
3.2.4 目標(biāo)檢測算法分析
3.3 點目標(biāo)參數(shù)估計
3.3.1 基于小波變換的寬帶信號時延和尺度估計與克拉美羅限
3.3.2 寬帶正反HFM信號的時延和尺度估計
3.3.3 目標(biāo)估計算法分析
3.4 檢測與估計算法的實現(xiàn)
3.4.1 寬帶信號小波變換的快速計算
3.4.2 基于：DSP的實時軟件開發(fā)
3.4.3 軟件驗證
參考文獻(xiàn)
第4章 小波變換域估計器－相關(guān)器
4.1 海森伯格群和仿射群
4.1.1 群論的背景知識
4.1.2 海森伯格群
4.1.3 仿射群
4.1.4 窄帶和寬帶模糊度函數(shù)
4.1.5 Frobenius-Shur-Godement（FSG）定理
4.2 寬帶估計器一相關(guān)器
4.2.1 估計器一相關(guān)器
4.2.2 寬帶估計器一相關(guān)器的推導(dǎo)
4.3 體目標(biāo)的散射函數(shù)
參考文獻(xiàn)
第5章 散射函數(shù)估計對物理參數(shù)誤差的敏感性
5.1 引言
5.2 環(huán)境散射函數(shù)誤差
5.2.1 環(huán)境散射成分
5.2.2 誤差的理論推導(dǎo)
5.2.3 敏感性仿真分析
5.3 目標(biāo)散射函數(shù)誤差
.5.3.1 目標(biāo)散射成分
5.3.2 散射體個數(shù)誤差
5.3.3 散射體位置誤差
5.4 總散射函數(shù)誤差
5.4.1 散射函數(shù)的總誤差
5.4.2 總散射誤差仿真分析
5.4.3 關(guān)于波形設(shè)計的討論
參考文獻(xiàn)
第6章 寬帶散射函數(shù)估計與更新的卡爾曼算法
6.1 引言
6.2 寬帶散射函數(shù)的卡爾曼濾波
6.2.1 濾波算法的推導(dǎo)
6.2.2 推導(dǎo)結(jié)果的分析
6.2.3 擴(kuò)展卡爾曼濾波器的推導(dǎo)
6.3 寬帶散射函數(shù)估計與更新的實現(xiàn)
6.3.1 旋轉(zhuǎn)體的跟蹤
6.3.2 直線運動的跟蹤
參考文獻(xiàn)
第7章 小波變換域估計器－相關(guān)器對散射函數(shù)誤差的敏感性
7.1 WTD-EC的實現(xiàn)
7.1.1 協(xié)方差矩陣的特征值計算
7.1.2 似然比函數(shù)的推導(dǎo)
7.1.3 接收機工作特性的計算
7.1.4 WTD-EC的計算
7.2 小波變換域EC的敏感性
7.2.1 敏感性的推導(dǎo)
7.2.2 輸入信噪比的估計
7.2.3 散射體誤差的敏感性
參考文獻(xiàn)
第8章 空時自適應(yīng)處理抗混響原理
8.1 STAP原理介紹
8.1.1 全維處理方法
8.1.2 降維處理方法
8.1.3 性能表征
8.1.4 降維STAP算法
8.2 STAP抗混響基本結(jié)構(gòu)
8.2.1 基于時域信號疊加的混響模型
8.2.2 混響空時數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
8.2.3 STAP抗混響的流程
參考文獻(xiàn)
第9章 降維STAP抗混響方法
9.1 基于數(shù)據(jù)空時平滑的處理方法
9.1.1 數(shù)據(jù)的空時平滑處理
9.1.2 子組輸出相干疊加的STAP
9.2 三維STAP處理方法
9.2.1 混響的三維特性分析
9.2.2 三維STMB方法
9.2.3 性能分析
9.3 梳狀譜信號的STAP處理方法
9.3.1 梳狀譜信號混響的空時特點
9.3.2 梳狀譜信號的降維STAP
9.3.3 性能分析
參考文獻(xiàn)
相對于其他載體而言，聲波是目前唯一能夠進(jìn)行水下遠(yuǎn)程探測、通信的手段。現(xiàn)代魚雷是海軍打擊敵方艦艇的主要武器，特別是潛艇的克星。水下聲信號處理的任務(wù)是在存在干擾背景的情況下，對水下聲場時空抽樣并進(jìn)行空間和時間變換，以提高檢測所需信號的能力。
（1）檢測目標(biāo)，即搜索、發(fā)現(xiàn)和確認(rèn)目標(biāo)存在；
（2）測量目標(biāo)，對目標(biāo)參量，如方位、徑向距離和速度進(jìn)行估計；
（3）識別目標(biāo)，即提取目標(biāo)特征，識別目標(biāo)真?zhèn)危M(jìn)而采取反對抗措施。
在傳統(tǒng)的聲納中，由于窄帶信號分析方法較為簡單，處理方便，常采用窄帶信號，利用窄帶系統(tǒng)進(jìn)行處理。窄帶系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于水下武器制導(dǎo)、水聲對抗、水下通信、海底地貌測繪、聲海洋學(xué)等領(lǐng)域，為國防事業(yè)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)作出了巨大的貢獻(xiàn)，已成為這些領(lǐng)域不可缺少的有力工具。
在國防建設(shè)中，研制新一代的聲納、自導(dǎo)魚雷等先進(jìn)裝備，進(jìn)行電子對抗、實現(xiàn)精確制導(dǎo)是一個非常重要而迫切需要解決的問題，這勢必要求提高微弱信號檢測、目標(biāo)參量精確估計、目標(biāo)識別與反對抗等能力，實現(xiàn)精確導(dǎo)引的要求。窄帶系統(tǒng)由于參數(shù)估計精度低、目標(biāo)識別能力差、水聲對抗和反對抗水平低等弱點，無法很好地解決上述問題。同時，窄帶系統(tǒng)難于應(yīng)付如下嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：
（1）復(fù)雜的水聲作戰(zhàn)環(huán)境造成目標(biāo)信號嚴(yán)重的起伏和衰落；
（2）對目標(biāo)特征的控制大幅度減小了目標(biāo)回波特征；
（3）目標(biāo)對魚雷的防御和對抗，如采用各類誘餌、反魚雷魚雷、反魚雷深彈等對魚雷進(jìn)行誘騙和攔截，降低了魚雷攻擊的有效性；
（4）目標(biāo)對自身的防護(hù)（如采用裝甲和隔艙），降低了魚雷的毀傷效果。
寬帶系統(tǒng)通常采用寬帶信號，可以激發(fā)更多的目標(biāo)特征，使得目標(biāo)回波攜帶有更多的目標(biāo)信息量，而且寬帶混響背景相關(guān)性減弱，有利于目標(biāo)檢測、目標(biāo)參量精確估計和目標(biāo)特征提取，便于魚雷反對抗。以下從幾個方面說明寬帶信號處理研究的必要性。
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