水声信号处理技术是现代水声技术的重要组成部分，具体指通过对传感器获取的水下声信号进行处理，进而获取目标有无、目标位置和目标属性等信息的信号处理方法。本书紧密围绕声呐的三个核心任务（水声信号检测、估计和识别等）展开论述，深入系统阐述了水声信号处理的相关基础理论、方法和声呐性能影响要素。本书共12章，内容主要包括绪论、概率论基础、随机过程基础、水声信号及干扰、信号检测理论基础、确知波形脉冲信号检测、随机参量信号检测、信号的非参量检测、估计理论基础、水声信号参数估计、声呐信号波形估计、水声目标识别。
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丛书序
自序
第1章 绪论 1
1.1 水声信号处理的研究对象——声信号 1
1.2 水声信号传播的信道环境 2
第2章 概率论基础 4
2.1 概率的定义及性质 4
2.2 随机变量及其概率分布 4
2.3 条件概率与贝叶斯定理 5
2.4 随机变量的矩 6
2.5 随机变量的函数 6
2.6 高斯分布 7
参考文献 8
第3章 随机过程基础 9
3.1 随机过程的概念及研究对象 9
3.2 平稳随机过程 9
3.3 随机过程的相关函数 10
3.4 功率谱密度与维纳-欣钦定理 11
3.5 随机过程激励下线性系统的响应 12
参考文献 13
第4章 水声信号及干扰 14
4.1 水声信号及特点 14
4.2 水声信号的传播特性 15
4.3 主动声呐信号 16
4.3.1 CW脉冲信号 16
4.3.2 线性调频信号 17
4.3.3 双曲调频信号 18
4.3.4 扩频信号 21
4.3.5 伪随机脉冲信号 22
4.4 被动声呐信号 23
4.4.1 目标辐射噪声信号 23
4.4.2 非确知参量脉冲信号 25
4.5 水声通信信号 26
4.6 水声信号中的干扰背景 27
4.6.1 海洋环境噪声 27
4.6.2 海洋混响 28
4.6.3 多径干扰 30
参考文献 32
第5章 信号检测理论基础 33
5.1 二元假设下的单样本检测 33
5.1.1 假设检验问题及建模 33
5.1.2 统计判决 34
5.2 检测相关概念与术语 34
5.3 最大后验概率准则 36
5.4 最小错误概率准则 37
5.5 贝叶斯准则 38
5.6 极大极小化准则 40
5.7 奈曼-皮尔逊准则 42
5.8 最大似然准则 43
5.9 典型水声信号的似然比检测 44
5.10 多样本检测 45
5.11 接收机工作特性曲线 47
参考文献 50
第6章 确知波形脉冲信号检测 51
6.1 白噪声背景下已知波形脉冲信号检测模型 51
6.2 匹配滤波器 52
6.3 相关接收机 53
参考文献 54
第7章 随机参量信号检测 55
7.1 典型声呐信号的随机性 55
7.2 随机参量信号检测的应对策略 56
7.3 随机幅度信号检测 57
7.4 随机时延信号检测 58
7.5 随机相位信号检测 59
7.6 随机多普勒信号检测 60
7.7 未知参量线谱信号检测 62
7.8 宽带随机噪声信号检测 64
7.9 多随机参量脉冲信号检测 64
7.10 一致最大势检验 65
7.11 恒虚警检测 65
7.11.1 非平稳白噪声背景下的恒虚警检测 66
7.11.2 混响背景下的恒虚警检测 67
7.11.3 非白噪声背景下的恒虚警检测 68
7.11.4 杂波干扰背景下的恒虚警检测 70
7.12 典型声呐信号的检测 71
7.12.1 典型主动声呐信号检测 71
7.12.2 典型被动声呐信号检测 74
参考文献 76
第8章 信号的非参量检测 78
8.1 非参量检测概述 78
8.2 符号检测器 79
8.3 秩检测器 80
8.4 鉴宽器 81
8.5 过零检测器 82
8.6 瞬时频率方差检测 83
参考文献 84
第9章 估计理论基础 85
9.1 估计理论概述 85
9.2 估计器的性能评价 86
9.2.1 估计的无偏性 86
9.2.2 估计的有效性 88
9.2.3 估计的一致性 90
9.3 最小均方误差估计 90
9.4 线性最小均方误差估计 90
9.5 最小二乘估计 91
9.6 加权最小二乘估计 92
9.7 最大似然估计 92
9.8 最大后验估计 94
9.9 贝叶斯估计 94
参考文献 96
第10章 水声信号参数估计 97
10.1 幅度估计 97
10.1.1 脉冲信号幅度估计 97
10.1.2 高斯白噪声中的非相干幅度估计 98
10.2 高斯白噪声中的非相干相位估计 99
10.3 主动声呐信号时延估计 100
10.4 被动声呐信号时延估计 102
10.4.1 被动声呐信号时延估计的特点及信号模型 102
10.4.2 被动声呐经典时延差估计方法 103
10.4.3 被动声呐信号时延估计精度分析 105
10.5 水声信号频率估计 107
10.5.1 单成分信号频率估计 107
10.5.2 其他信号频率估计 109
10.5.3 频率估计的分析 109
10.6 声呐信号的时延和频率联合估计 111
10.6.1 估计方法及影响因素 111
10.6.2 时间带宽积定理 113
参考文献 114
第11章 声呐信号波形估计 115
11.1 维纳滤波 115
11.1.1 连续随机信号的最佳线性滤波 115
11.1.2 连续随机信号的维纳-霍夫方程 116
11.1.3 连续随机信号维纳滤波器的非因果解 117
11.1.4 连续随机信号维纳滤波器的因果解 119
11.1.5 离散随机信号维纳滤波 122
11.1.6 维纳滤波的仿真实例 124
11.2 卡尔曼滤波 125
11.2.1 卡尔曼滤波基本原理 125
11.2.2 扩展卡尔曼滤波 128
11.2.3 无迹卡尔曼滤波 130
11.3 自适应滤波 133
11.3.1 贝叶斯滤波 133
11.3.2 蒙特卡罗思想 134
11.3.3 粒子滤波 136
11.3.4 自适应滤波的仿真实例 139
参考文献 142
第12章 水声目标识别 144
12.1 水声目标差异性特征 144
12.1.1 舰船辐射噪声数学模型 144
12.1.2 低频线谱特征 148
12.1.3 调制谱特征 153
12.1.4 模态特征 159
12.1.5 舰船辐射噪声的听觉特征 164
12.2 类别可分性判据 170
12.2.1 距离度量 171
12.2.2 依赖性度量 175
12.2.3 信息度量 176
12.2.4 一致性度量 177
12.3 特征降维 178
12.3.1 特征选择 179
12.3.2 特征变换 184
12.4 分类器设计 187
12.4.1 近邻分类器 187
12.4.2 支持向量机 189
12.4.3 生成对抗网络 199
参考文献 209
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