声探测原理

本书从工程应用角度出发,系统研究了声探测系统的目标检测、识别、定位、跟踪技术 及传声器阵列信号处理技术,分析了战场典型目标声学特性,研究了声源目标检测方法,将多传感器数据融合与人工神经网络技术应用于声探测系统, 实现目标识别与定向。针对多个宽带声源目标定位问题, 阐述了球谐波分析理论,构建了多球阵列结构模型,提出了基于多球阵列结构的球谐 MUSIC 算法对三维声源目标进行定位。本书可作为高等院校探测、制导与控制专业或引信技术专业本科生、研究生的教学参考书,也可供探测与控制、引信及相关行业的科研与工程技术人员参考。

郝新红，博士，北京理工大学副教授，博士生导师。长期从事引信技术、信息感知与对抗技术领域教学与科研工作。主持国家自然科学基金、国防973专题、086专题等项目10余项。获兵器科技进步一等奖1项，授权国家发明专利10余项，发表论文30余篇。兼任中国宇航学会弹药安全技术委员会委员、《制导与引信》期刊编委。

第1章声探测定位理论基础
1.1声波传播机理
1.1.1声学中的物理概念
1.1.2声源的类型和传播模型
1.1.3声波的传播特性
1.2声探测定位方法
1.2.1被动声探测定位方法
1.2.2阵列技术
1.2.3时延估计测向、测距技术
1.3声定位系统
1.4声探测系统的三种应用场合
第2章声探测系统目标与环境特性分析
2.1声探测系统的能量方程
2.2战场典型声源的特性与分析
2.2.1单目标声信号特性分析
2.2.2多目标和单目标声信号关系
2.2.3多目标声信号特性分析
2.3战场环境特性分析及对声探测系统的影响
2.3.1声波的发散衰减对声探测系统的影响
2.3.2空气吸收对声探测系统的影响
2.3.3地面环境对声探测系统的影响
2.3.4风、雨、温度梯度等气象条件对声探测系统的影响
2.4目标特性测试和分析系统
第3章声探测系统目标检测与识别技术
3.1声探测目标检测和目标识别系统模型
3.2目标检测系统判决准则的确定
3.3基于回归运算的检测系统
3.3.1高斯噪声中高斯信号的回归检测方法
3.3.2对回归检测算法的讨论
3.3.3高斯噪声中非随机未知信号的回归检测方法
3.4利用高阶统计量进行信号检测研究
3.4.1高阶统计量的基本概念
3.4.2高阶统计量在目标检测中的应用研究
3.5声探测系统目标识别技术研究
第4章声探测系统目标定位与跟踪技术
4.1传声器阵列输出信号模型
4.1.1均匀线阵的输出信号模型
4.1.2均匀平面阵的输出信号模型
4.1.3均匀圆阵的输出信号模型
4.2目标定位方法研究
4.3目标方向角估计的最小方差分析
4.3.1单目标方向角估计的最小方差分析
4.3.2多目标方向角估计的最小方差分析
4.4目标定位系统定位误差分析
4.4.1不同坐标系定位误差之间的关系
4.4.2联合测向测距目标定位系统误差分析
4.4.3均匀媒质中定位误差分析
4.4.4非均匀媒质中定位误差分析
4.5运动目标的跟踪技术
4.5.1跟踪坐标系的选择及状态方程、观测方程的建立
4.5.2目标跟踪系统跟踪精度的提高
第5章人工神经网络和多传感器数据融合技术在声探测系统中的应用研究
5.1多传感器数据融合的基本原理
5.2声探测系统多传声器数据融合方法
5.2.1声探测系统多传声器原始信息融合方法
5.2.2声探测系统多传声器特征信息融合方法
5.2.3声探测系统多传声器决策信息融合方法
5.3目标定位多传声器信息融合方法
5.3.1最小二乘法在目标位置融合中的应用
5.3.2加权最小二乘法在目标位置融合中的应用
5.4人工神经网络的基本理论及在声探测系统中的应用
5.4.1人工神经网络的基本模型和基本理论
5.4.2基于人工神经网络的目标检测技术
5.4.3基于人工神经网络的目标识别技术
5.5人工神经网络技术用于目标的方向角估计
5.5.1人工神经网络输入矢量的确定
5.5.2用两个神经网络提高目标定向精度
5.5.3计算机模拟实验结果
5.5.4对几个问题的讨论
第6章球谐波理论及声场球谐域建模
6.1平面波
6.1.1声波方程和欧拉方程
6.1.2三维空间中的平面波
6.2球面波
6.2.1球坐标系中声波方程的通解
6.2.2三维空间声场的球面散射
6.2.3球谐函数
6.3基于球形阵列的声场球谐分解及其性能分析
6.3.1球麦克风阵列的设计
6.3.2基于球形阵列的声场球谐分解
6.3.3基于球形阵列声场球谐分解有限阶数引起的截断误差分析
第7章多声源定位的多球阵列结构设计
7.1球谐多重信号分类算法
7.2多球阵列的算法
7.3多球阵列的设计与仿真
7.3.1不同半径的单球阵列
7.3.2半径相同和半径不同的多球阵列
7.3.3不同分布方式的多球阵列
7.3.4多球阵列设计规律
参考文献
索引