多基地声呐原理与应用

本书主要论述多基地声呐的基本原理、定位算法和实际应用，内容包括：多基地声呐概述，多基地声呐发展历史，多基地声呐基础理论和算法，如双/多基地声呐定位的几何原理、双/多基地声呐定位误差分析、基于波达时间的定位算法、基于波达方向的定位算法、基于马尔可夫估计的定位优化算法和基于很好线性加权数据融合定位优化算法等。书中对多基地条件下的混响和目标特性进行了较为详细的分析，包括多基地声呐混响特性、双基地海底、海面和体积散射模型和收发分置时水下目标特性等。在本书的很后，给出了典型条件下多基地声呐配置方法和效能分析的近期新研究成果。

王英民，博士，教授．1983年7月毕业于西北工业大学电子工程专业。并留校任教．先后取得水声工程硕士学位和武器系统与运用工程博士学位。曾作为访问学者留学英国伯明翰大学和美国明尼苏达大学。主要从事水声工程和声呐系统方面的教学和科研工作，先后为本科生主讲“水声学基础与换能器”和“软件无线电原理”等课程。为研究生主讲“自适应信号处理及应用”、“航空声呐概论”、“很优化算法及其应用”和“水声系统分析”等课程。主持和主要参加了30多项科研项目的研究工作．获得国防发明专利10多项．发表论文200多篇。获得国家科技进步二等奖一项．国防科技进步一等奖一项。其他部级成果奖+多项。入选国防科工委“511人才工程”，国家“首批新世纪百千万人才工程”和教育部“新世纪很好人才培养计划”，荣获国家“国防科技工业有突出贡献的中青年专家”和“陕西省有突出贡献的专家”等荣誉称号。是2005年度国务院特殊津贴获得者，兼任总装备部专家组成员和陕西省声学学会理事长等。

第1章  绪论 1
1.1  军事需求与国内外研究状况  1
1.2  多基地声呐工作体制特点分析  5
参考文献  8
第2章  双基地声呐定位理论  10
2.1  双基地声呐的几何原理  10
2.2  双基地声呐方程  10
2.2.1  声呐方程  10
2.2.2  收发分置对声呐方程的影响  12
2.3  双基地声呐的作用距离  13
2.4  双基地声呐定位理论  15
2.4.1  双基地声呐定位原理  15
2.4.2  双基地声呐定位误差表示方法  17
参考文献  18
第3章  双基地声呐二维定位方法及误差分析  19
3.1  双基地声呐系统模型及定位误差  19
3.1.1  双基地声呐系统模型  19
3.1.2  影响定位误差的因素  20
3.2  利用发射站信息的定位方法分析  21
3.2.1  定位方法  21
3.2.2  定位误差分析  21
3.2.3  仿真结果分析  22
3.3  利用接收站信息的定位方法分析  24
3.3.1  定位方法  24
3.3.2  定位误差分析  25
3.3.3  仿真结果分析  26
3.4  利用距离信息的定位方法分析  28
3.4.1  定位方法  28
3.4.2  定位误差分析  29
3.4.3  仿真结果分析  30
3.5  利用角度信息的定位方法分析  32
3.5.1  定位方法  32
3.5.2  定位误差分析  32
3.5.3  仿真结果分析  33
3.6  基于加权最小二乘的优化算法定位精度分析  35
3.6.1  定位方法  35
3.6.2  仿真结果分析  37
3.7  基本结论  39
参考文献  40
第4章  双基地声呐定位优化算法  41
4.1  基于马尔可夫估计的定位优化算法  41
4.1.1  双基地马尔可夫定位算法  41
4.1.2  马尔可夫定位算法的改进  44
4.1.3  仿真结果分析  46
4.2  基于最佳线性加权数据融合的双基地声呐定位优化算法  50
4.2.1  最佳线性加权数据融合原理  50
4.2.2  基于最佳线性数据融合的定位优化算法  51
4.2.3  算法性能仿真  52
4.3  基于最优化理论的双基地声呐定位算法  55
4.3.1  双基地声呐定位的非线性规划模型建立  55
4.3.2  基于模拟退火理论定位优化算法  56
4.3.3  基于遗传理论的定位优化算法  61
参考文献  66
第5章  双基地声呐三维定位方法及误差分析  67
5.1  双基地声纳三维定位  67
5.2  基于参数rT、rS和qT的定位方法  68
5.3  基于参数rT、rS和qR的定位方法  72
5.4  基于参数rT、qT和qR的定位方法  77
5.5  基于参数rS、qT和qR的定位方法  80
参考文献  85
第6章  多基地声呐定位算法研究  86
6.1  多基地声呐距离信息定位算法  86
6.1.1  T/R-Rn型多基地定位系统  86
6.1.2  T-Rn型多基地定位系统  90
6.1.3  (T/R)n型多基地定位系统  93
6.2  基于最小二乘估计的多基地声呐定位优化算法  96
6.2.1  线性最小二乘定位算法  96
6.2.2  加权最小二乘定位算法  104
参考文献  112
第7章  多基地声呐混响特性研究  113
7.1  双基地海底散射模型  113
7.1.1  模型理论研究  114
7.1.2  模型仿真研究  116
7.2  双基地海面散射模型  124
7.2.1  模型理论研究  125
7.2.2  模型仿真研究  127
7.3  双基地体积散射模型  133
参考文献  134
第8章  收发分置时水下目标特性研究  138
8.1  水中目标特性理论  138
8.1.1  理论模型  138
8.1.2  计算声散射特性的基本方法  139
8.2  球形目标的目标强度  141
8.2.1  球形目标的声散射机理  141
8.2.2  数学模型的建立  141
8.2.3  仿真实验研究  143
8.3  有限柱长的目标强度  144
8.3.1  基本假设  144
8.3.2  参数Bn的确定  146
8.4  椭球目标声散射模型  148
8.4.1  声散射模型建立  148
8.4.2  仿真实验研究  149
8.5  收发分置时目标特性试验研究  151
8.5.1  试验方案  151
8.5.2  实验内容及结果分析  153
参考文献  160
第9章  多基地数据融合算法研究  161
9.1  统计检测的基本模型及分布式N-P融合系统  161
9.2  最优N-P融合系统  163
9.2.1  最优融合规则  164
9.2.2  各部传感器的最优判决规则  165
9.2.3  固定融合规则下融合系统的全局最优解  166
9.3  声呐检测系统融合算法  168
9.4  声呐融合系统检测概率的计算  171
9.4.1  单部声呐检测概率的计算  171
9.4.2  融合系统检测概率的计算  172
参考文献  172
第10章  多基地声呐配置研究  174
10.1  多基地声呐检测覆盖范围  174
10.2  多基地声呐系统配置策略  177
10.2.1  多基地声呐系统配置假定  177
10.2.2  航空声呐的多基地配置  179
10.2.3  航空声呐浮标布阵方案  184
参考文献  195