传感器阵列超指向性原理及应用

自序
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 研究历史及现状 3
1.2.1 超指向性的提出和早期研究 3
1.2.2 超指向性存在的问题和现有的解决途径 4
1.2.3 现有超指向性方法的分类 10
1.3 本书的结构 13
第2章 背景知识及超指向性概述 15
2.1 背景知识 15
2.1.1 任意结构的阵列 15
2.1.2 信号场模型 16
2.1.3 噪声场模型 18
2.1.4 阵列接收数据模型 22
2.1.5 波束形成 22
2.2 超指向性的概念 28
2.2.1 超指向性的一般原理 29
2.2.2 超指向性和超增益的区别与联系 31
2.2.3 超指向性方法与常规方法的比较 31
2.3 常见的超指向性方法 32
2.3.1 对角加载方法 33
2.3.2 白噪声增益约束方法 33
2.3.3 多约束优化方法 34
2.3.4 统计类方法 34
2.3.5 矢量传感器与差分阵列技术 35
2.4 本章小结 37
第3章 圆环形阵列相位模态域超指向性理论 39
3.1 声场建模 40
3.1.1 球体表面圆环阵 40
3.1.2 柱体表面圆环阵 43
3.1.3 任意障板表面圆环阵 46
3.2 圆环形阵列相位模态域波束形成的基本原理 47
3.2.1 特征波束形成器和模态波束形成器 47
3.2.2 球体表面圆环阵 49
3.2.3 柱体表面圆环阵 51
3.2.4 任意障板表面圆环阵 54
3.3 间接相位模态域波束形成 56
3.3.1 几种典型的间接相位模态域方法 56
3.3.2 球体表面圆环阵间接相位模态域波束形成 58
3.3.3 柱体表面圆环阵间接相位模态域波束形成 63
3.3.4 任意障板表面圆环阵间接相位模态域波束形成 65
3.4 直接相位模态域波束形成 67
3.4.1 指向性因子计算模型 67
3.4.2 相位模态域直接优化方法的一般形式 68
3.4.3 球体表面圆环阵直接相位模态域波束形成 70
3.4.4 柱体表面圆环阵直接相位模态域波束形成 78
3.4.5 任意障板表面圆环阵直接相位模态域波束形成 86
3.5 本章小结 88
第4章 球形阵列相位模态域超指向性理论 90
4.1 声场建模 90
4.2 球形阵列相位模态域波束形成的基本原理 92
4.2.1 特征波束形成器的输出 92
4.2.2 球体的空间采样 94
4.2.3 模态波束形成器 101
4.3 相位模态域波束形成 105
4.3.1 波束设计 105
4.3.2 误差分析 111
4.4 本章小结 117
第5章 特征波束分解与综合超指向性理论 118
5.1 很优解的形式 118
5.1.1 高阶超指向性解的基本形式 118
5.1.2 障板的影响 122
5.1.3 特征波束分解与综合超指向性解的解释 124
5.1.4 对于稳健性的讨论 125
5.1.5 实际指向性因子 126
5.2 优选指向性因子与很优波束的极限表达式 128
5.2.1 理想圆环阵的很优指向性因子 128
5.2.2 极限表达式的推导 130
5.3 仿真结果 134
5.3.1 理想圆环阵超指向性随半径波长比的变化关系 134
5.3.2 误差敏感度函数与指向性因子 136
5.3.3 与CBF方法和MVDR方法的比较 139
5.3.4 与对角加载类方法的比较 140
5.3.5 与相位模态域方法的比较 141
5.3.6 理论波束图 142
5.3.7 实际波束图 148
5.4 实验结果 150
5.4.1 实验描述 150
5.4.2 具有很优指向性因子的超指向性波束图 150
5.4.3 具有旁瓣约束的超指向性波束图 154
5.5 本章小结 158
第6章 Gram-Schmidt模态波束分解与综合超指向性理论 160 6.1 理论形式 160
6.1.1 很优权值向量的矩阵表示 160
6.1.2 GS模态波束分解与综合 163
6.1.3 实际指向性因子 164
6.2 设计实例 166
6.2.1 直线阵 166
6.2.2 圆环阵 171
6.2.3 “V”形阵 173
6.3 与其他方法的比较 175
6.3.1 与CBF方法和MVDR方法的比较 175
6.3.2 与对角加载类方法的比较 177
6.4 实验结果 178
6.5 本章小结 180
第7章 波束图综合超指向性理论 182
7.1 特征分解方法的理论解 183
7.1.1 基本形式 183
7.1.2 很优超指向性波束形成 185
7.1.3 频率不变响应波束形成 186
7.1.4 具有偶数个阵元的声透明圆环阵解的形式 187
7.1.5 声透明圆环阵的仿真和实验结果 188
7.1.6 障板表面圆环阵 191
7.2 基于实测阵列流形的数值方法 195
7.2.1 棱柱体表面圆环阵 195
7.2.2 共形矢量阵 203
7.3 本章小结 210
附录A 圆环阵优选指向性因子和很优波束理论极限表达式的推导 212
A.1 三维空间各向同性均匀噪声场 212
A.2 二维空间各向同性均匀噪声场 218
附录B 具有偶数个阵元的声透明圆环阵对称关系式的证明 221
附录C 水听器基阵阵列流形的边界元计算 223
C.1 基于边界元法求解基阵阵列流形的计算模型 223
C.2 边界元计算软件SYSNOISE简介 225
参考文献 227
索引 239
《现代声学科学与技术丛书》已出版书目 241