瞬态物理场阵列化探测成像方法

本书围绕爆炸中震动、冲击、声等瞬态物理“场”测试的新理论、新方法，聚焦特殊及恶劣环境下的多模态信息获取、大动态宽频谱条件下多谱信息融合成像、三维动态高分辨率图像重建及可视化、轻量型小样本网络异常目标识别等“场”测量过程中关键科学问题，重点介绍了震动场、冲击波场、声场等物理场反演成像中，从阵列化信息探测、获取、传输以及目标提取、识别、建模、成像、定位和评价等全过程的相关基础知识和近期新进展，以及作者在该领域从事的课题和主要成果。具体包括6章内容：第1章介绍瞬态物理场中震动波、冲击波和声波等物理信信相关波动理论；第2章介绍瞬态物理场分布式信息获取系统设计方法；第3章介绍阵列化信号预处理及特征参数提取方法；第4章介绍瞬态震动场逆时成像方法；第5章介绍瞬态冲击波场时空重建方法；第6章介绍瞬态声场成像及智能识别方法。
本书可作为从事信息探测与处理、图像处理与计算成像、智能感知与处理等领域研究人员及工程技术人员的参考资料。

第1章 瞬态物理场相关理论
1.1 课题研究背景和意义
1.2 瞬态物理场波动理论
1.2.1 地下震动场动力学特性分析
1.2.2 空中冲击波传播特性
1.2.3 空中声场传播特性分析
1.3 瞬态物理场反演成像理论
1.3.1 层析成像理论基础
1.3.2 走时层析成像模型
1.3.3 迭代重建算法
1.4 本章小结
第2章 瞬态物理场分布式信息获取系统设计
2.1 分布式获取系统总体方案设计
2.2 分布式获取系统硬件系统设计
2.2.1 传感器选型
2.2.2 调理电路设计
2.2.3 模数转换模块设计
2.2.4 数据存储模块设计
2.2.5 数据传输模块设计
2.2.6 芯片主控模块设计
2.2.7 硬件系统PCB设计
2.3 分布式获取系统软件程序设计
2.3.1 软件系统总体方案
2.3.2 PL部分设计
2.3.3 PS部分设计
2.3.4 基于LMS的信号滤波器设计
2.3.5 瞬态物理场重建参数硬件提取方法
2.4 本章小结
第3章 阵列化信号预处理方法
3.1 阵列化信号有效性分析
3.1.1 欧氏距离
3.1.2 马氏距离
3.1.3 相关系数
3.2 非平稳信号预处理方法
3.2.1 经验模态分解
3.2.2 变分模态分解
3.2.3 自适应噪声的完整集合经验模态分解
3.2.4 改进的自适应噪声的完整集合经验模杰分解
3.2.5 仿真验证
3.3 非平稳信号时频谱分析方法
3.3.1 基于小波变换的时频分析方法
3.3.2 基于短时能量和短时过零率的时频谱图分析
3.4 瞬态物理场特征参数提取方法
3.4.1 特征参数提取流程
3.4.2 声谱图
3.4.3 对数梅尔谱图
3.4.4 梅尔倒谱系数
3.5 本章小结
第4章 瞬态震动场逆时成像方法
4.1 地下浅层随机介质反演建模
4.1.1 波速特征
4.1.2 介质弹性特征
4.1.3 介质的复杂性
4.1.4 随机介质建模原理
4.1.5 基于地下浅层典型介质结构的建模
4.1.6 基于地下浅层层状介质结构的建模
4.1.7 地下浅层速度场建模
4.2 震动场的逆时反演成像
4.2.1 基于振幅叠加的震源定位模型重建方法
4.2.2 基于SRP的震源定位模型重建方法
4.2.3 基于改进SRP的震源定位模型重建方法
4.2.4 能量场重建精度评价方法
4.2.5 能量场重建结果及对比分析
4.3 震动场传感器阵列优化布设
4.3.1 基于GDOP的传感器优化布设
4.3.2 基于F-K聚束的传感器优化布设
4.4 本章小节
第5章 瞬态冲击波场时空重建方法
5.1 初始模型构建
5.1.1 冲击波超压经验公式
5.1.2 模型对比分析
5.2 解算模型
5.2.1 压缩感知理论
5.2.2 空间约束联合字典学习的重建算法
5.3 冲击波全时空重建
5.3.1 冲击波超压时空推演模型
5.3.2 三维冲击波超压场时空可视化
5.4 仿真实验及结果评价
5.4.1 三维冲击波场重建
5.4.2 重建效果评价
5.5 本章小结
第6章 瞬态声场成像及智能识别方法
6.1 基于迁移学习的小样本条件下声源识别方法
6.1.1 多尺度频谱位移密集神经网络
6.1.2 基于迁移学习的网络训练方法
6.1.3 实验结果及分析
6.2 基于知识蒸馏的声源快速识别方法
6.3 实验结果及分析
6.3.1 实验设计
6.3.2 消融实验
6.3.3 实验对比
6.4 声传感器阵列优化布设
6.4.1 声传感器阵列的几何形状
6.4.2 基于QPSO的声传感器阵列结构优化
6.5 本章小结
参考文献