水下复杂噪声源声矢量测试与分析技术

目录 丛书序 自序 第1章 绪论 1 1.1 声全息与波束形成概述 2 1.1.1 声全息概述 2 1.1.2 波束形成概述 4 1.2 近场声全息发展概述 5 1.2.1 基于空间声场变换的近场声全息 5 1.2.2 基于边界元法的近场声全息 10 1.2.3 基于波叠加法的近场声全息 12 1.2.4 基于亥姆霍兹方程*小二乘法的近场声全息 13 1.2.5 近场声全息测量算法及系统的发展 14 1.3 波束形成发展概述 18 1.3.1 阵型优化 18 1.3.2 **波束形成 21 1.3.3 逆波束形成 25 1.4 矢量水听器技术发展概述 26 参考文献 28 第2章 水中平面和柱面近场声全息 38 2.1 声场中的基本关系式 38 2.2 平面近场声全息基本理论 39 2.2.1 狄利克雷边界条件下的解 39 2.2.2 诺伊曼边界条件下的解 41 2.2.3 基于声压测量的声场重构 42 2.2.4 基于质点振速测量的声场重构 43 2.2.5 重构表达式的离散化处理 45 2.3 柱面近场声全息基本理论 49 2.3.1 柱坐标系下亥姆霍兹方程及其解 49 2.3.2 基于声压测量的柱面近场声全息 50 2.3.3 基于振速测量的柱面近场声全息 51 2.4 基于声强测量的柱面近场声全息基本理论 52 2.4.1 声强场的基本关系式 52 2.4.2 基本原理 54 2.4.3 有限离散算法 56 参考文献 61 第3章 水中局部测量近场声全息 62 3.1 统计*优平面近场声全息 62 3.1.1 平面传播波与倏逝波 63 3.1.2 基于声压测量的统计*优平面近场声全息 63 3.1.3 基于质点振速测量的统计*优平面近场声全息 66 3.1.4 基于声压振速联合测量的统计*优平面近场声全息 66 3.2 统计*优柱面近场声全息 68 3.2.1 基于声压测量的统计*优柱面近场声全息 68 3.2.2 基于振速测量的统计*优柱面近场声全息 70 3.2.3 基于声压振速联合测量的统计*优柱面近场声全息 71 3.3 一步Patch近场声全息 73 3.3.1 传统Patch近场声全息 73 3.3.2 全息声压信号的波数域带限特性 75 3.3.3 基于声压测量的一步Patch近场声全息 76 3.3.4 基于质点振速测量的一步Patch近场声全息 78 参考文献 79 第4章 水中非共形面声源重构的近场声全息 80 4.1 基于波叠加法的近场声全息 80 4.1.1 波叠加积分方程 80 4.1.2 数值实现过程 81 4.1.3 基于声压测量的波叠加法 83 4.1.4 基于振速测量的波叠加法 84 4.1.5 基于声压振速联合测量的波叠加法 85 4.2 基于亥姆霍兹*小二乘法的近场声全息 86 4.2.1 基于声压测量的亥姆霍兹*小二乘法 86 4.2.2 基于振速测量的亥姆霍兹*小二乘法 89 4.2.3 基于声压-振速联合测量的声场重构 92 参考文献 93 第5章 近场声全息分辨率增强技术 95 5.1 统计*优近场声全息分辨率增强法 95 5.1.1 数据外推-内插分辨率增强法 95 5.1.2 基于不规则波数矢量选取的分辨率增强法 98 5.2 波叠加法近场声全息分辨率增强法 103 5.2.1 全息数据外推-内插分辨率增强法 103 5.2.2 直接重构分辨率增强法 105 5.2.3 源强求解过程的不适定性 106 参考文献 108 第6章 水中运动声源声全息空间识别算法 109 6.1 运动声源激发的声波 110 6.1.1 运动学分析 110 6.1.2 动力学分析 111 6.2 全息数据的多普勒消除 114 6.3 声源面的声场重构 115 6.3.1 基于空间傅里叶变换的声场重构 116 6.3.2 基于统计*优局部测量的声场重构 116 第7章 近场基阵理论与聚焦波束形成 118 7.1 近场基阵理论 118 7.1.1 线性波动方程 118 7.1.2 基阵近场指向性 121 7.1.3 声矢量阵近场指向性 123 7.2 矢量阵聚焦波束形成原理 124 7.2.1 矢量阵聚焦定位模型 124 7.2.2 聚焦空间分辨率 126 7.2.3 定位模糊判决 129 7.3 基于组合阵列的近场源参数估计 129 7.3.1 组合阵近场信号模型 130 7.3.2 基于组合阵的近场源参数估计算法 131 参考文献 137 第8章 矢量阵高分辨聚焦波束形成 140 8.1 矢量阵聚焦波束形成算法 140 8.1.1 声矢量信号处理框架 140 8.1.2 MVDR波束形成 141 8.1.3 矢量阵近场信号模型 142 8.1.4 矢量阵MVDR聚焦算法 144 8.1.5 基于近场内插阵列变换的解相干算法 147 8.2 矢量阵宽带高分辨聚焦算法 151 8.2.1 矢量阵非相干宽带MVDR聚焦波束形成 151 8.2.2 矢量阵相干宽带MVDR聚焦波束形成 155 参考文献 160 第9章 矢量阵稳健聚焦波束形成 162 9.1 矢量阵MVDR聚焦波束形成稳健性优化 162 9.1.1 自适应波束形成器的失配及性能退化 162 9.1.2 基于二阶锥规划的矢量稳健MVDR聚焦波束形成 164 9.2 基于多途信道模型匹配的稳健聚焦波束形成 168 9.2.1 空间聚焦导向矢量 168 9.2.2 基于多途模型匹配的聚焦定位模型 170 9.2.3 *差性能*优稳健波束形成 172 9.2.4 基于*差性能*优的稳健聚焦处理器设计 173 参考文献 177 第10章 运动声源稀疏重构聚焦波束形成 179 10.1 基于压缩感知的稀疏重构聚焦定位算法 179 10.1.1 基于稀疏采样的矢量阵近场信号模型 180 10.1.2 基于空间稀疏信号重构的声源定位算法 182 10.2 运动声源稳健聚焦波束形成 185 10.2.1 运动声源辐射特性 185 10.2.2 运动声源矢量阵近场测量模型 186 10.2.3 基于*大似然聚焦算法的运动参数估计 188 10.2.4 稀疏虚拟阵列参数及信号的获取 191 10.2.5 基于*差性能*优的稀疏虚拟阵列聚焦算法 192 参考文献 197 第11章 水下噪声源声全息与聚焦测试实例 199 11.1 水下近场声全息测量 199 11.1.1 测量系统 199 11.1.2 测量算法 203 11.1.3 数据预处理 204 11.2 声全息声场重构 205 11.2.1 基于声压和振速测量的近场声全息声场重构 205 11.2.2 基于声强测量的柱面近场声全息声场重构 208 11.2.3 统计*优近场声全息声场重构 212 11.2.4 水中运动声源近场声全息声场重构 215 11.3 运动声源聚焦定位实例 222 11.3.1 标准声源聚焦定位实例 222 11.3.2 运动舱段模型噪声源柱面聚焦定位实例 227 索引 234