聲吶是目前用來進行水下觀測、定位、識別和通信的主要設備，它在海洋開發(fā)中日益得到廣泛的應用；而聲吶工作狀態(tài)的優(yōu)劣，很大程度上取決于海洋水聲環(huán)境和聲吶信號處理技術。本書以簡明扼要的方式，向讀者介紹聲吶信號處理的基本原理及一些具有實用價值的熱點課題。 本書內(nèi)容分為三篇：第一篇預備知識，介紹了聲吶信號處理中常用的基本知識，從信號與系統(tǒng)理論入手，進一步介紹最佳估計與檢測理論：第二篇聲吶系統(tǒng)與波束成形理論，介紹了聲吶系統(tǒng)設計的一般概念，對波束成形和數(shù)字式聲吶的信號處理技術作了詳細的描述；第三篇，用專題選講的方式，針對水聲工程技術的特點，就人們感興趣的新技術和新概念作了簡單介紹。 本書內(nèi)容廣泛、語言簡練、層次分明，適合從事聲吶系統(tǒng)研究的設計師、工程技術人員，以及有關專業(yè)的技術人員參閱，也可作為水聲專業(yè)高年級學生的參考書。
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本書內(nèi)容廣泛、語言簡練、層次分明，適合從事聲吶系統(tǒng)研究的設計師、工程技術人員，以及有關專業(yè)的技術人員參閱，也可作為水聲專業(yè)高年級學生的參考書。
目錄
第一篇 預備知識
第一章 概率論 3
一、樣本空間與概率 3
二、隨機變量與分布函數(shù) 11
三、隨機變量的數(shù)字特征 16
四、大數(shù)定理和中心極限定理 24
五、隨機過程簡介 28
參考文獻 33
第二章 信號與系統(tǒng)理論 34
一、信號與頻譜 34
二、線性系統(tǒng) 47
三、信號的非線性運算 55
四、最佳估計理論與檢測理論介紹 60
參考文獻 66
第二篇 聲吶系統(tǒng)與波束成形理論
第三章 聲吶系統(tǒng)設計的一般概念 69
一、聲吶系統(tǒng)的構成及特點 69
二、聲吶方程 72
三、水聲信道 78
四、海洋噪聲 87
五、海洋中的混響 92
六、艦艇輻射噪聲 97
七、聲吶信號的最佳檢測問題 102
八、主動聲吶信號分析 111
參考文獻 121
第四章 波束成形理論 123
一、波束成形的一般概念 123
二、線陣 129
三、圓陣與圓弧陣 136
四、加權與加檔 142
五、基元離散分布的空間基陣 153
六、連續(xù)分布的基陣 160
七、普通波束成形的實現(xiàn) 166
參考文獻 172
第五章 數(shù)字式聲吶的信號處理 174
一、引言 174
二、采樣與分層 177
三、數(shù)字濾波 187
四、快速傅里葉變換(FFT) 196
五、數(shù)字多波束系統(tǒng) 203
六、時域上波束成形的新方法 208
七、頻域上的波束成形 214
八、自適應波束成形 218
參考文獻 230
第三篇 專題選講
第六章 目標方位角、距離和速度的估計 235
一、聲吶系統(tǒng)中的參數(shù)估計問題 235
二、線陣與圓弧陣的分裂波束定向 243
三、互譜法精確定向系統(tǒng) 252
四、目標測距與測速的實現(xiàn) 258
五、被動測距聲吶原理 262
六、對目標參數(shù)的自動判決 266
七、水聲信道的起伏對主動聲吶檢測的影響 273
參考文獻 280
第七章 聲吶設計中的計算機模擬 282
一、系統(tǒng)的計算機模擬的必要性 282
二、隨機信號的模擬 285
三、聲吶環(huán)境場的模擬 293
四、波束成形的計算機模擬 296
五、后置積累的計算機模擬 302
六、其他常用算法 304
參考文獻 312
附錄 314
1.常用數(shù)據(jù) 314
2.1/K 倍頻程 314
3.速度換算 315
4.長度換算 315
5.常用分貝換算 315
6.正態(tài)分布 316
7.sinc(x)函數(shù)表 317
8.貝塞爾函數(shù)J0 (x) 和 J1(x) 320
《現(xiàn)代聲學科學與技術叢書》已出版書目 323
第五章 數(shù)字式聲吶的信號處理 數(shù)字計算機技術在雷達、聲吶、航天及通信等方面的廣泛應用，促使這些領域發(fā)生了越來越大的變化。傳統(tǒng)的模擬信號處理技術正逐步地由數(shù)字處理技術所代替。在理論方面已出現(xiàn)了數(shù)字信號處理的專門學科，在實用方面則已研制了一批高速、實時的數(shù)字式設備。信號處理方式的改變必然帶來一些新的問題，如采樣、分層、數(shù)字濾波及離散傅里葉變換等都對信號處理系統(tǒng)提出新的要求和不同于模擬處理的約束條件。熟悉數(shù)字信號處理的基本理論是設計一部合格的數(shù)字式聲吶的先決條件，但僅僅有這種理論還是遠遠不夠的。當我們把數(shù)字信號處理的理論用于實際聲吶的設計時立刻會發(fā)現(xiàn)，數(shù)字式聲吶有自己許多獨特的地方。一些巧妙的設計思想，只有在對實際需要有深刻了解的基礎上才能體會到。本章我們將介紹數(shù)字式聲吶設計中所用到的一些基本的信號處理理論，并把重點放在實際系統(tǒng)的設計上。所以，不少地方我們將把理論結果放在具體系統(tǒng)的設計過程中來表達。一、引 言 聲吶技術的發(fā)展經(jīng)歷了模擬—數(shù)/模混合—數(shù)字這樣三個階段。20世紀60年代初期安德遜（Anderson）提出的數(shù)字多波束系統(tǒng)（digital multi—beam system，DIMUS）是一種簡單的模、數(shù)混合系統(tǒng)【1，2]。它對輸入信號采用限幅處理，因而使得信號的延時、相加等運算都變得非常簡單，也便于構成多波束系統(tǒng)。數(shù)字信號處理技術在這種系統(tǒng)中初步顯示了優(yōu)越性。接著，安德遜等又研制了一種能抗一個點源干擾的迪卡諾系統(tǒng)（digital interference cancel null network equipment，DICANNE）【3】這種系統(tǒng)實際上已是自適應波束成形的雛形，但它仍然是模、數(shù)混合的。這與當時數(shù)字信號處理理論的發(fā)展水平以及計算機技術的發(fā)展水平有關。奈特（Knight）等認為，在軍用聲吶制造工業(yè)中，現(xiàn)代高速數(shù)字電子技術的應用僅僅是近10～15年的事情【4】但其結果卻在聲吶系統(tǒng)中引起了巨大的變革。這就是對信號的模擬處理向數(shù)字處理的過渡；從人工的以硬件為基礎的系統(tǒng)到自動的以軟件為基礎的系統(tǒng)的過渡；從分離實現(xiàn)的子系統(tǒng)到集中的由中心計算機控制的集成系統(tǒng)的過渡。目前國外正在研制的是第四代數(shù)字式聲吶【5】，它是采用大規(guī)模集成電路和微處理機分系統(tǒng)的聲吶。據(jù)估計，更高級的第五代數(shù)字式聲吶將在20世紀80年代末至90年代初出現(xiàn)。
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