水下聲源定位理論與技術(shù)

目 錄
第1章 緒論 1
1．1 研究意義 1
1．2 研究歷史和現(xiàn)狀 3
1．2．1 海洋聲學(xué)主要工作 3
1．2．2 聲源被動(dòng)定位方法 10
1．3 本書(shū)的結(jié)構(gòu) 13
第2章 基本知識(shí)介紹 16
2．1 概述 16
2．2 聲場(chǎng)傳播模型 16
2．2．1 理想流體介質(zhì)中的波動(dòng)方程 16
2．2．2 射線(xiàn)模型 18
2．2．3 簡(jiǎn)正波模型 20
2．2．4 拋物方程模型 21
2．3 全球水聲環(huán)境主要參數(shù)分布 23
2．3．1 數(shù)據(jù)集 23
2．3．2 海底地形 23
2．3．3 聲速剖面分布 24
2．3．4 深海聲道軸深度 28
2．3．5 表面波導(dǎo)厚度 29
2．3．6 臨界深度分布 30
2．4 典型聲傳播模式分析 31
2．4．1 大陸坡及大陸架斜坡傳播模式 31
2．4．2 海底反射模式 42
2．4．3 表面波導(dǎo)模式和泄漏模式 44
2．4．4 可靠聲路徑 47
2．4．5 海底反射與表面波導(dǎo)泄漏能量對(duì)比 50
2．5 水聲信號(hào)定位方法 52
2．5．1 方位估計(jì)（DOA）算法 52
2．5．2 匹配場(chǎng)信號(hào)處理 55
2．5．3 基于稀疏表示的DOA方法 58
本章小結(jié) 64
第3章 淺海窄帶聲源定位方法 65
3．1 概述 65
3．2 水平線(xiàn)陣列聲場(chǎng)定位原理 66
3．2．1 線(xiàn)性匹配場(chǎng)定位原理及其評(píng)價(jià)指標(biāo) 66
3．2．2 時(shí)反聚焦定位原理及其評(píng)價(jià)指標(biāo) 68
3．3 匹配場(chǎng)定位性能分析 69
3．3．1 仿真條件 69
3．3．2 水平線(xiàn)陣列深度對(duì)匹配場(chǎng)定位性能的影響 70
3．3．3 海底水平線(xiàn)陣列的匹配場(chǎng)定位性能 75
3．4 時(shí)反聚焦定位性能分析 76
3．4．1 仿真條件 76
3．4．2 水平線(xiàn)陣列深度對(duì)時(shí)反聚焦性能的影響 76
3．4．3 海洋環(huán)境對(duì)水平線(xiàn)陣列時(shí)反聚焦性能的影響 78
3．5 匹配場(chǎng)定位的虛擬時(shí)反實(shí)現(xiàn)方法 80
3．5．1 虛擬時(shí)反實(shí)現(xiàn)方法 80
3．5．2 傳統(tǒng)匹配場(chǎng)處理和虛擬時(shí)反實(shí)現(xiàn)方法比較 82
3．5．3 仿真數(shù)據(jù)分析 85
3．5．4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 88
本章小結(jié) 92
第4章 淺海寬帶聲源定位方法 94
4．1 概述 94
4．2 基于自相關(guān)函數(shù)的定位方法 95
4．2．1 多途信道模型及環(huán)境敏感性分析 95
4．2．2 本征聲線(xiàn)特征參數(shù)的提取及其定位方法 98
4．2．3 自相關(guān)函數(shù)匹配的穩(wěn)健目標(biāo)定位方法 100
4．2．4 仿真分析 105
4．2．5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 109
4．3 基于多途到達(dá)結(jié)構(gòu)的近距離聲源定位方法 112
4．3．1 淺海多途到達(dá)結(jié)構(gòu)特征 112
4．3．2 多途到達(dá)結(jié)構(gòu)匹配的定位方法 113
4．3．3 仿真驗(yàn)證 115
4．4 基于簡(jiǎn)正波模態(tài)消頻散變換的定位方法 116
4．4．1 淺海簡(jiǎn)正波模態(tài)頻散特性 116
4．4．2 定位方法 117
4．4．3 海底參數(shù)與聲源位置參數(shù)的同時(shí)求解 119
4．4．4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 123
4．5 基于集合卡爾曼濾波的聲源跟蹤方法 127
4．5．1 集合卡爾曼濾波簡(jiǎn)介 127
4．5．2 運(yùn)動(dòng)聲源跟蹤定位方法 127
4．5．3 仿真分析 131
4．5．4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析 140
本章小結(jié) 144
第5章 基于深海近海面陣列的聲源定位方法 146
5．1 概述 146
5．2 基于海底反射信號(hào)多途到達(dá)結(jié)構(gòu)的定位方法 146
5．2．1 深海多途到達(dá)結(jié)構(gòu)特征 147
5．2．2 聯(lián)合定位方法（SE方法）的應(yīng)用 148
5．2．3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 149
5．3 基于幾何關(guān)系近似的聲源定位方法 157
5．3．1 多途時(shí)延的幾何關(guān)系模型 157
5．3．2 定位方法介紹 159
5．3．3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 161
本章小結(jié) 163
第6章 深?？煽柯暵窂较禄趩侮囋穆曉炊ㄎ环椒?164
6．1 概述 164
6．2 可靠聲路徑的聲場(chǎng)特性分析 165
6．2．1 無(wú)影區(qū)特性 165
6．2．2 聲傳播特性分析 167
6．3 基于延時(shí)互相關(guān)函數(shù)的定位方法 171
6．3．1 基于射線(xiàn)理論的聲場(chǎng)互相關(guān)特性分析 171
6．3．2 運(yùn)動(dòng)聲源測(cè)速和定深方法 172
6．3．3 聲場(chǎng)互相關(guān)仿真和應(yīng)用分析 175
6．3．4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 182
6．3．5 方法應(yīng)用限制和誤差分析 186
6．4 基于直達(dá)波-海面反射波時(shí)延的運(yùn)動(dòng)聲源定位方法研究 187
6．4．1 擴(kuò)展卡爾曼濾波理論介紹 187
6．4．2 聲源速度位置估計(jì)方法及仿真分析 188
6．4．3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 195
本章小結(jié) 198
第7章 深海可靠聲路徑下基于雙陣元的聲源定位方法 199
7．1 概述 199
7．2 基于多途時(shí)延差的雙陣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 定位方法仿真結(jié)果和誤差分析 200
7．2．3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證 203
7．3 雙水聽(tīng)器互相關(guān)函數(shù)匹配定位方法 204
7．3．1 基于互相關(guān)函數(shù)匹配的被動(dòng)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 互相關(guān)函數(shù)的稀疏重構(gòu)方法 219
7．3．4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 220
本章小結(jié) 225
第8章 深?？煽柯暵窂较禄诖怪本€(xiàn)陣列的聲源定位方法 226
8．1 引言 226
8．2 基于多途到達(dá)結(jié)構(gòu)的定位方法研究 226
8．2．1 加權(quán)子空間擬合匹配定位方法（WSF-MF）的應(yīng)用 226
8．2．2 WSF-MF方法的定位精度及穩(wěn)健性分析 227
8．3 聲場(chǎng)空頻域聯(lián)合的定位方法研究 235
8．3．1 聯(lián)合定位方法及算例 235
8．3．2 聯(lián)合定位方法性能分析 241
8．3．3 聯(lián)合定位方法應(yīng)用于水面和水下聲源分類(lèi) 244
8．3．4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 249
本章小結(jié) 252
第9章 深?？煽柯暵窂较碌母缮鏃l紋特征及其應(yīng)用 254
9．1 概述 254
9．2 勞埃德鏡的簡(jiǎn)正波分析 255
9．2．1 等聲速波導(dǎo)環(huán)境 255
9．2．2 深海環(huán)境 260
9．3 干涉條紋分析 263
9．3．1 中等距離內(nèi)的3種干涉條紋 263
9．3．2 干涉條紋軌跡的計(jì)算方法 267
9．4 深度估計(jì)中的應(yīng)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 海上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證 274
9．5．1 采用MIS方法估計(jì)氣槍聲源深度 276
9．5．2 采用MFS方法估計(jì)爆炸聲源深度 277
本章小結(jié) 277
第10章 陣列流形失配條件下的水平線(xiàn)陣列測(cè)向方法 279
10．1 概述 279
10．2 基于稀疏性的被動(dòng)合成孔徑定位與子陣處理方法 279
10．2．1 運(yùn)動(dòng)直線(xiàn)陣列被動(dòng)合成孔徑方法（PSA）原理介紹 279
10．2．2 子陣位移誤差對(duì)PSA方法的影響 282
10．2．3 子陣位移誤差時(shí)的直線(xiàn)陣列稀疏貝葉斯DOA 284
10．2．4 基于稀疏貝葉斯的直線(xiàn)陣列PSA 293
10．3 海底水平線(xiàn)陣列測(cè)向誤差分析及誤差修正方法研究 297
10．3．1 測(cè)向誤差的物理成因 297
10．3．2 測(cè)向誤差隨聲源距離和聲源方向變化規(guī)律研究 302
10．3．3 測(cè)向誤差修正方法 309
本章小結(jié) 311
參考文獻(xiàn) 313