水下无人航行器水声感知技术

本书是作者在多年从事水声学理论研究与工程应用工作的基础上写成的专著，系统地阐述了水下无人航行器水声感知技术的发展与应用。全书共8章，主要包括绪论、避障声呐技术、测流测速声呐技术、侧扫声呐技术、测深侧扫声呐技术、多波束测深技术、浅地层剖面测量技术及水声通信技术，内容基本覆盖了水下无人航行器水声感知技术知识与发展动向。

丛书前言一
丛书前言二
前言
1 绪论 1
1.1 水下无人航行器发展情况 1
1.2 声学设备在水下无人航行器中的应用 2
1.3 国外典型水下无人航行器装备声学设备及其性能指标简介 4
1.3.1 避障声呐 4
1.3.2 测流测速声呐 5
1.3.3 侧扫声呐 6
1.3.4 测深侧扫声呐 8
1.3.5 多波束测深声呐 8
1.3.6 浅地层剖面仪 9
1.3.7 水声通信系统 10
参考文献 11
2 避障声呐技术 13
2.1 基本原理 13
2.1.1 一维避障声呐 13
2.1.2 二维避障声呐 14
2.1.3 三维避障声呐 16
2.2 系统组成 17
2.3 关键技术 18
2.3.1 避障声呐成像与波束控制技术 18
2.3.2 目标检测技术与目标分类识别技术 22
2.3.3 路径规划策略技术 30
2.3.4 基于目标模型的三维避障技术 32
2.4 发展趋势 34
2.4.1 小型化技术 34
2.4.2 一体化设计 35
2.4.3 基于十字阵形的三维声成像技术 35
参考文献 37
3 测流测速声呐技术 39
3.1 基本原理 40
3.1.1 多普勒测速声呐原理 40
3.1.2 相关测速声呐原理 44
3.2 系统组成 50
3.2.1 硬件系统 50
3.2.2 软件系统 52
3.3 关键技术 52
3.3.1 多普勒测速声呐关键技术 52
3.3.2 相关测速声呐关键技术 59
3.4 发展趋势 63
参考文献 65
4 侧扫声呐技术 67
4.1 基本原理 67
4.1.1 侧扫声呐换能器的指向性 67
4.1.2 海底对侧扫声呐发射波的反射和散射 68
4.1.3 侧扫声呐的工作流程 69
4.1.4 侧扫声呐回波信号的幅度动态和动态压缩 69
4.2 声图 71
4.2.1 声图的形成 71
4.2.2 海底声图构成 72
4.2.3 海底平面和声图平面的比例关系 73
4.2.4 换能器水平指向角引起的失真 77
4.2.5 特殊海洋环境形成的干扰声图 79
4.3 关键技术 81
4.3.1 图像处理技术 81
4.3.2 图像拼接技术 89
4.3.3 图像三维重构技术 105
参考文献 122
5 测深侧扫声呐技术 124
5.1 基本原理 124
5.1.1 测深侧扫声呐基本原理 124
5.1.2 高分辨率测深侧扫声呐基本原理 126
5.1.3 基于高分辨率测深侧扫声呐的测深系统 129
5.2 HRBSSS测深数据处理方法 134
5.2.1 主要测深参数定义 134
5.2.2 姿态数据处理 135
5.2.3 声呐阵深度计算 138
5.2.4 声速剖面修正 139
5.2.5 定位数据和潮汐修正 143
5.2.6 测深数据处理流程 146
5.3 HRBSSS误差分析和偏差校准 147
5.3.1 深度误差分析 147
5.3.2 位置误差分析 154
5.3.3 误差分析小结 158
5.3.4 HRBSSS偏差校准 159
5.4 评估方法 161
5.4.1 声呐测深精度评估方法 161
5.4.2 系统测深精度评估方法 161
5.5 应用实例 164
5.5.1 6000m无人无缆水下无人航行器系统 164
5.5.2 DTA-6000声学深拖系统 166
5.6 发展趋势 168
参考文献 169
6 多波束测深技术 170
6.1 工作原理 170
6.2 系统组成 171
6.3 关键技术 172
6.3.1 底检测技术 172
6.3.2 底跟踪技术 173
6.3.3 深度修正技术 174
6.4 应用实例 178
6.4.1 地形测量 178
6.4.2 海底管线探测 178
6.4.3 海洋生物探测 179
6.5 发展趋势 180
参考文献 181
7 浅地层剖面测量技术 183
7.1 工作原理 183
7.2 系统组成及关键技术 189
7.2.1 Chirp浅地层剖面仪声呐 189
7.2.2 三维剖面声呐 195
7.2.3 沉积物声学特性选择 199
7.3 发展趋势 204
7.3.1 国外发展趋势 204
7.3.2 国内发展趋势 206
参考文献 208
8 水声通信技术 211
8.1 基本原理 211
8.1.1 吸收衰减对水声通信的影响 212
8.1.2 声速对水声通信的影响 212
8.1.3 多径传播对水声通信的影响 212
8.1.4 多普勒频移对水声通信的影响 213
8.1.5 噪声对水声通信的影响 214
8.1.6 水声信道的时变性对水声通信的影响 214
8.2 关键技术 214
8.2.1 水声物理层技术 215
8.2.2 水声通信节点技术 223
8.2.3 水声通信网技术 227
8.3 应用实例 235
8.3.1 海洋立体监测网络 236
8.3.2 水下定位 237
8.4 发展趋势 238
参考文献 238
索引 241
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