主动声呐检测信息原理 上：主动声呐信号和系统分析基础PDF电子书下载

上册 主动声呐信号和系统分析基础 1

第一章 绪论 1

1.1 主动声呐的发展 1

1.2 信息论与声呐 5

1.2.1 主动声呐中的信息问题 5

1.2.2 信息的数学量度 6

1.2.3 信息率和香农信息定理 8

1.2.4 声呐的信息处理 8

1.2.5 检测中的信息处理 10

1.3 主动声呐方程 11

1.3.1 声源级 12

1.3.2 传输损失 13

1.3.3 噪声级 13

1.3.4 目标强度 15

1.3.5 混响级 15

1.3.6 接收指向性指数 16

1.3.7 检测阈 17

1.4 主动声呐系统评价 18

1.5 主动声呐与雷达的异同 20

1.6 主动声呐信息检测方程 22

1.7 主动声呐三要素 27

第二章 声呐波形分析基础 29

2.1 波形和谱表示 29

2.2 实信号的复数表示 33

2.2.1 实信号的复数形式 33

2.2.2 希尔伯特变换和解析信号 34

2.2.3 信号复包络 35

2.2.4 信号瞬时频率和群延迟 37

2.3 信号的离散表示 37

2.3.1 信号的傅里叶级数展开 37

2.3.2 抽样和抽样定理 40

2.3.3 正交函数展开和伏尔什变换 41

2.3.4 波形的信号空间概念 44

2.4 波形参数 45

2.4.1 波形的加伯尔微分变换关系 46

2.4.2 波形参数 47

2.5 相关和模糊度 49

2.5.1 相关和相似 50

2.5.2 相关函数 51

2.5.3 模糊度函数定义 53

2.5.4 模糊度函数的基本性质 54

2.6 波形可分辨性及不确定性关系 57

2.6.1 波形分辨的实质 57

2.6.2 不确定性椭圆或分辨椭圆 59

2.6.3 波形不确定性关系 61

2.6.4 最小单元信号 62

2.7 模糊度原理 63

2.7.1 波形的固有分辨常数 63

2.7.2 模糊度原理 64

2.7.3 波形的信息“模糊”和“分辨”性能 65

2.7.4 信号按模糊度函数分类 65

2.8 波形的测量精度和误差椭圆 66

2.9 运动点目标回波 72

2.10 宽带模糊度函数 77

2.10.1 宽带模糊度函数定义 77

2.10.2 宽带模糊度函数性质 78

2.10.3 宽带不确定性椭圆 80

2.11 多普勒容限和多普勒不变波形 82

2.11.1 窄带和宽带多普勒容限 82

2.11.2 多普勒宽容信号 83

2.12 大时间模糊度函数 85

2.12.1 大时间模糊度函数的定义 86

2.12.2 大时间模糊度函数的性质 87

2.12.3 加速宽容信号 88

第三章 匹配滤波器 90

3.1 线性带通系统 90

3.1.1 线性系统的系统函数和输出表达式 90

3.1.2 带通系统的复数表示 92

3.1.3 带通系统的等效低通形式 93

3.1.4 离散时间系统 94

3.1.5 Z变换 96

3.2 匹配滤波器的定义和性质 98

3.2.1 匹配滤波器的定义 98

3.2.2 匹配滤波器的性质 99

3.2.3 白噪声背景下匹配滤波器检测特性 100

3.3 匹配滤波器在统计检测中的应用 102

3.3.1 似然比检测 102

3.3.2 最大后验概率检测 104

3.4 带通滤波、脉冲压缩和互相关 106

3.4.1 带通滤波器和匹配滤波器 106

3.4.2 脉冲压缩和复杂信号的匹配滤波 107

3.4.3 互相关器和匹配滤波器 109

3.5 运动点目标回波的匹配滤波 110

3.5.1 运动点目标回波信息及其匹配的一般考虑 110

3.5.2 窄带和宽带参数匹配 111

3.5.3 相位匹配和正交接收机 113

3.5.4 窄带频移匹配和差额相关器 116

3.6 数字匹配滤波器原理 118

3.6.1 数字匹配滤波器 118

3.6.2 频移信号的数字相关运算 120

3.6.3 频域数字匹配滤波 122

3.7 时间压缩相关器 123

3.7.1 数字时间压缩原理 123

3.7.2 时间压缩相关器 126

3.7.3 实用时间压缩相关器 127

3.8 基于FFT的匹配滤波器 128

3.8.1 基2-FFT运算原理 129

3.8.2 基于FFT的匹配滤波器原理 130

3.8.3 浮点和定点FFT匹配滤波 132

3.9 SAW和CCD横向匹配滤波器 132

3.9.1 横向匹配滤波器原理 132

3.9.2 SAW匹配滤波器的结构原理 133

3.9.3 CCD横向匹配滤波器 134

3.9.4 可编程SAW或CCD匹配滤波器 135

3.10 基于Chirp-Z变换的匹配滤波器 135

3.10.1 Chirp-Z变换原理 136

3.10.2 Chirp变换频谱分析仪原理 137

3.10.3 CZT频域匹配滤波器 138

第四章 常用声呐波形 140

4.1 单频脉冲信号 140

4.1.1 方波包络单频（CWL）信号 140

4.1.2 高斯包络单频（GCW）信号 142

4.1.3 宽带和大时间模糊度函数 143

4.1.4 多普勒容限和加速容限 145

4.1.5 CWL匹配滤波 145

4.2 线性调频信号 146

4.2.1 矩形包络线性调频（LFM）信号 147

4.2.2 LFM的模糊度函数 149

4.2.3 目标运动对LFM信号的影响 150

4.2.4 高斯包络LFM信号 153

4.2.5 LFM信号的产生和匹配滤波 154

4.3 编码调相信号 154

4.3.1 编码调相（CMP）信号的形式 154

4.3.2 CMP模糊度函数计算 157

4.3.3 M序列生成及特性 159

4.3.4 M码的宽带多普勒容限 161

4.3.5 CMP信号的匹配滤波 163

4.4 伪随机信号 164

4.4.1 伪随机（PRN）信号的产生及其表示法 164

4.4.2 PRN信号的模糊度函数 165

4.4.3 运动目标回波情况 167

4.4.4 PRN信号的匹配滤波 168

4.5 双曲调频信号 169

4.5.1 双曲调频（HFM）信号的波形特征 169

4.5.2 HFM的模糊度特性 172

4.5.3 HFM信号的宽带多普勒不变性 173

4.5.4 其他非线性调频和正弦调频信号 174

4.6 重复信号 175

4.6.1 重复信号的复数形式 175

4.6.2 重复信号模糊度特征 177

4.6.3 重复信号PCW、PLFM和PSFM特例 178

4.6.4 宽带多普勒容限和多普勒不变参差重复信号 179

4.6.5 重复信号的匹配滤波 181

4.7 脉间调制信号 182

4.7.1 脉间调制重复信号的一般特征 182

4.7.2 阶梯跳频（STF）信号 184

4.7.3 时频跳变（HOP）信号 187

4.7.4 脉间频移信号的匹配滤波 190

4.8 复合信号 191

4.8.1 简单的复合信号 191

4.8.2 串发复合信号和戈莱互补码调相（GCP）信号 192

4.8.3 同发复合信号和梳状（Comb）信号 196

第五章 水声信号的分析方法 199

5.1 水声信号的概率模型 199

5.1.1 水声信号的现象逻辑模型 200

5.1.2 水声信号的概率描述方法 201

5.1.3 水声随机过程的类别 202

5.2 随机过程的统计描述 203

5.2.1 随机过程的概率分布函数 204

5.2.2 随机过程的数字表征 205

5.2.3 平稳过程常见的几种分布函数 206

5.2.4 时间平均概率特性和遍历过程 209

5.2.5 随机过程的复数形式 210

5.3 随机过程的相关分析 210

5.3.1 随机过程相关函数定义 210

5.3.2 随机过程时间平均相关函数 212

5.3.3 广义平稳（WSS）过程 213

5.3.4 可平稳化的非平稳过程 214

5.3.5 随机过程的模糊度函数 216

5.4 随机信号的谱表示 218

5.4.1 随机信号的短时谱和谱图 218

5.4.2 时频能量分布函数 220

5.4.3 时变功率谱和双频功率谱 222

5.4.4 非平稳过程的演化谱 223

5.4.5 带限随机信号 224

5.5 非平稳过程的时频分布（WVD） 225

5.5.1 时变过程的WVD 225

5.5.2 WVD的性质 227

5.5.3 WVD的矩-信号参数 228

5.5.4 WVD与其他时频表示的关系 229

5.5.5 广义WVD 231

5.6 小波变换 233

5.6.1 小波变换定义和特征 233

5.6.2 小波变换的多分辨特性 234

5.6.3 小波变换的性质 236

5.6.4 离散时间小波变换 237

5.6.5 小波变换和宽带模糊度函数 238

5.7 随机信号的离散表示 240

5.7.1 傅里叶级数展开 240

5.7.2 时间抽样形式 241

5.7.3 时频二维展开——加伯尔（Gabor）展开表示 242

5.7.4 正交函数展开表示（卡亨南-洛维展开式） 244

5.7.5 随机过程的矢量表示 246

5.8 随机信号通过线性系统 247

5.8.1 输出输入关系 247

5.8.2 匹配滤波器情况 248

5.8.3 几种特殊信号输入情况 249

5.9 随机信号的状态变量和统计序列模型 253

5.9.1 随机过程的成形滤波器产生法 254

5.9.2 平稳过程的状态变量表示法 255

5.9.3 随机过程状态空间表示的一般形式 256

5.9.4 随机过程协方差状态矢量描述法 258

5.9.5 几种常见过程的状态模型 259

5.9.6 随机信号的数字统计序列模型 260

5.10 水声时空信号 262

5.10.1 声呐时空波形 262

5.10.2 水声时空信号的抽样定理 265

5.10.3 矢量过程的表示法 266

5.10.4 矢量过程的统计描述 267

5.10.5 矢量过程的正交展开形式 268

第六章 线性时变系统分析 270

6.1 信道与线性系统 270

6.2 线性时变系统的系统函数 272

6.2.1 系统函数的引入 272

6.2.2 信道的几种系统函数定义 273

6.2.3 信道复数等效低通系统函数 275

6.2.4 几点说明 276

6.3 线性时变系统的状态变量表示 277

6.3.1 线性系统的状态方程 277

6.3.2 单输入单输出系统情况 279

6.3.3 状态方程的一般解和系统响应系数 280

6.3.4 时不变系统情况 281

6.3.5 以延迟τ为参量的系统状态空间描述 282

6.4 平均系统函数和信道的相干性 282

6.4.1 系统函数的系综平均 282

6.4.2 信道的相干性 284

6.4.3 信道的相干因子 285

6.5 随机信道的二阶统计特性 286

6.5.1 系统函数的二维相关函数 286

6.5.2 相关函数维数可降低的几种信道 287

6.5.3 随机信道相关函数的状态矢量表示 289

6.5.4 准WSSUS信道 290

6.5.5 信道时频平均相关函数 291

6.6 信道的衰落效应和相干函数 292

6.6.1 信道的衰落效应 292

6.6.2 信道对波形的解相关 294

6.6.3 信道的相干函数 296

6.6.4 信道相干时间和相干带宽 298

6.7 信道的模糊效应和散射函数 299

6.7.1 信道的模糊效应 299

6.7.2 信道输出-输入互模糊度函数 300

6.7.3 信道散射函数性质和物理意义 301

6.7.4 信道参数 304

6.7.5 信道的扩展因子及信道的分类 305

6.7.6 宽带信道或系统的散射函数 306

6.8 信道输出相关和时频分布特性 306

6.8.1 输出相关函数 307

6.8.2 输出模糊度函数 308

6.8.3 信道输出时频能量分布函数 309

6.8.4 时变信道二维WVD及信道输出WVD 310

6.9 时变信道的近似模型 313

6.9.1 抽头延迟线模型 313

6.9.2 正交函数展开的状态方程模型 315

6.9.3 信道网格模型 318

6.10 时变信道的特性测量 319

6.10.1 信道可测性 320

6.10.2 信道扩展宽度的测量 320

6.10.3 响应函数的测量 322

6.10.4 相干函数的测量 323

6.10.5 散射函数测量 325

6.11 时变空变信道 326

6.11.1 时变空变信道的系统函数 326

6.11.2 随机时空信道的相干函数和散射函数 328

6.11.3 时空信道输出-输入关系 330