本書回顧多波束測深聲吶技術發(fā)展歷程，展望發(fā)展趨勢，剖析影響多波束測深聲吶主要技術指標的因素及實現(xiàn)各指標、功能的技術手段，包括多波束海底地形高精度探測技術、多波束海底地形高分辨力探測技術及多波束海底地形高效率探測技術，介紹多波束測深聲吶水下環(huán)境探測的新能力，重點列舉了近年來多波束海底分類技術、海底地形輔助導航及多波束測深聲吶在水中氣泡群探測方面的應用。書中給出翔實的技術原理分析與實際科研案例，向讀者展示了多波束測深聲吶從水底地形地貌到底質分類再到目標成像的多角度、全方位的技術內(nèi)容。
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目錄
叢書序
序
自序
第1章 緒論1
1.1 多波束測深聲吶技術原理1
1.2 多波束測深聲吶系統(tǒng)組成2
1.3 影響多波束測深聲吶技術性能的主要因素3
1.4 多波束測深聲吶技術發(fā)展概述7
參考文獻11
第2章 多波束海底地形高精度探測技術13
2.1 聲基陣校正13
2.1.1 幅相一致性校正技術13
2.1.2 陣元間距校正技術25
2.2 海底回波信號高精度檢測算法29
2.2.1 海底回波信號檢測基本原理30
2.2.2 加權時間平均技術31
2.2.3 分裂孔徑相關技術32
2.2.4 多子陣對幅度-相位聯(lián)合檢測法34
2.3 數(shù)據(jù)質量評估技術40
2.3.1 測量不確定度40
2.3.2 海底回波檢測方法的相對測深誤差分析41
2.3.3 數(shù)據(jù)質量的評價依據(jù)—質量因子44
2.4 數(shù)據(jù)異常值檢測與濾波46
2.4.1 經(jīng)典算法概述47
2.4.2 基于截斷最小二乘估計趨勢面濾波的異常值自動檢測與剔除算法47
2.4.3 基于聯(lián)合不確定度的多波束測深數(shù)據(jù)質量控制51
2.4.4 基于預測誤差質量因子的多波束測深異常值在線檢測與濾波算法53
2.5 聲速對測深的影響與消除算法58
2.5.1 表層聲速對測深結果的影響及消除59
2.5.2 聲速剖面對測深結果的影響及消除61
參考文獻64
第3章 多波束海底地形高分辨力探測技術67
3.1 多波束測深聲吶水平向高分辨力處理67
3.1.1 常規(guī)波束形成67
3.1.2 一維解卷積波束形成69
3.1.3 二維解卷積波束形成74
3.2 多波束測深聲吶距離向高分辨力處理81
3.2.1 距離向復雜信號脈沖壓縮81
3.2.2 基于波束幅度的距離向多回波檢測88
3.2.3 基于譜特征的距離向多回波檢測93
3.3 多波束測深聲吶航跡向高分辨力處理98
3.3.1 多波束測深聲吶航跡向孔徑合成原理98
3.3.2 多波束合成孔徑聲吶成像處理101
參考文獻114
第4章 多波束海底地形高效率探測技術116
4.1 海底地形寬覆蓋掃測技術116
4.1.1 寬覆蓋聲吶基陣設計116
4.1.2 影響覆蓋寬度的因素分析118
4.2 運動姿態(tài)主動穩(wěn)定技術120
4.2.1 橫搖穩(wěn)定121
4.2.2 縱搖穩(wěn)定124
4.2.3 艏向穩(wěn)定125
4.3 面地形探測技術129
4.3.1 二維均勻平面陣面地形探測技術129
4.3.2 二維稀疏陣面地形探測技術130
參考文獻136
第5章 多波束測深聲吶水下環(huán)境探測新能力138
5.1 海底反向散射成像138
5.1.1 海底反向散射成像方法138
5.1.2 海底反向散射強度的估計146
5.1.3 海底反向散射強度的角度關系確定與剔除147
5.1.4 試驗數(shù)據(jù)處理148
5.2 水體成像151
5.3 加密檢測154
5.3.1 水平向加密檢測技術154
5.3.2 距離向加密檢測技術155
參考文獻157
第6章 多波束海底分類技術159
6.1 海底底質類型的劃分方法159
6.2 多波束分類軟件系統(tǒng)概述161
6.3 聲學海底分類的依據(jù)162
6.3.1 海底反向散射模型162
6.3.2 海底反向散射數(shù)據(jù)統(tǒng)計模型164
6.4 基于海底反向散射圖像的海底分類171
6.4.1 基于數(shù)據(jù)概率分布特性的特征提取171
6.4.2 基于灰度共生矩陣的紋理特征提取172
6.4.3 基于功率譜比的Pace特征173
6.4.4 分類結果示例174
6.5 基于海底反向散射強度角度響應的海底分類175
6.5.1 海底反向散射強度數(shù)據(jù)的角度響應特征提取與分類175
6.5.2 基于多角度間隔ARC的底質分類技術177
6.6 多波束海底分類應用的延伸—沉底油探測179
6.7 影響分類正確率的因素分析181
參考文獻183
第7章 海底地形輔助導航186
7.1 基于廣義極大似然估計的穩(wěn)健地形匹配定位186
7.1.1 廣義極大似然估計原理186
7.1.2 基于梯度下降的優(yōu)化搜索187
7.1.3 差分進化全局搜索188
7.1.4 基于差分進化全局搜索的廣義極大似然估計穩(wěn)健地形匹配定位算法191
7.1.5 船載測深數(shù)據(jù)離線回放定位試驗193
7.2 基于遞推貝葉斯估計的穩(wěn)健地形跟蹤導航195
7.2.1 基于自適應采樣粒子濾波的地形跟蹤導航196
7.2.2 基于穩(wěn)健粒子濾波的地形跟蹤導航203
參考文獻212
第8章 水中氣泡群探測213
8.1 艦船尾流探測213
8.1.1 艦船尾流的幾何分布與聲學建模213
8.1.2 艦船尾流的測量方法216
8.1.3 基于相干反向散射增強的艦船尾流探測方法221
8.2 海底泄漏/滲漏氣體的探測224
8.2.1 基于光流原理的海底泄漏/滲漏氣體的運動特征獲取224
8.2.2 海底泄漏/滲漏氣體的多閾值檢測229
8.2.3 基于多波束測深聲吶的水下泄漏氣體實時探測工程實例232
參考文獻234
索引235
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