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海洋声学与信息感知丛书 稀疏水声信号处理与压缩感知应用 伍飞云等著 2020年版

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资源简介
海洋声学与信息感知丛书 稀疏水声信号处理与压缩感知应用
作者:伍飞云等著
出版时间:2020年版
丛编项: 海洋声学与信息感知丛书
内容简介
  本书阐述了国内外关于稀疏水声信号处理与压缩感知应用的研究与实验成果,同时融入了作者研究团队近几年来在该领域取得的一些重要研究成果,着重讨论了稀疏水声信号处理和压缩感知应用两个方面的内容。全书分7 章,包括绪论、水声信道的基本物理特性、范数约束与稀疏估计、稀疏水声信道的估计算法、压缩感知的稀疏化预处理、压缩感知理论、压缩感知应用等,提供了有关算法的伪代码及一些MATLAB 程序。本书可作为高等院校和科研机构海洋物理、水声通信、水声工程等专业高年级本科生或研究生及相关行业研究人员的参考书。
目录
目 录
第1 章 绪论 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.1
1.1 与水声相关的物理量及其计算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.2
1.1.1 水声能量及其计算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.2
1.1.2 参考声压和分贝及其计算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.3
1.2 水下声速变化特性 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.4
1.3 水声信道中3 种特殊传播模式 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.7
1.4 水声信道传播损失规律 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.8
1.5 声呐系统 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.11
1.5.1 声呐方程 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.11
1.5.2 声呐方程的检测阈值 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.15
1.5.3 噪声与混响环境下检测阈值的设置 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.17
本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.19
第2 章 水声信道的基本物理特性 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.20
2.1 海面水声信号的传播特性 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.20
2.2 海底水声信号的传播特性 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.23
2.3 水声传播的多途效应 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.27
2.4 水声信道的选择性衰落 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.28
2.5 多途信道的系统函数 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.29
2.6 水声信号的匹配滤波处理 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.31
本章小结 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.33
第3 章 范数约束与稀疏估计 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.34
3.1 近似范数约束项与稀疏估计代价函数 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.34
3.2 范数化的向量空间 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.35
3.3 范数约束项与稀疏估计代价函数设计 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.37
3.4 基于近似l0 范数约束的稀疏估计算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.39
本章小结 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.42
第4 章 稀疏水声信道的估计算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43
4.1 稀疏水声信道的向量估计算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43
4.1.1 问题描述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.43
4.1.2 向量估计方法与信道估计目标函数 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.45
4.1.3 数值仿真分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.52
4.1.4 海试验证 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.54
4.2 稀疏水声信道的矩阵估计算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.58
4.2.1 问题描述 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.59
4.2.2 基于压缩感知的矩阵估计算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.60
4.2.3 数值仿真分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.64
4.2.4 海试验证 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.68
本章小结 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.74
第5 章 压缩感知的稀疏化预处理 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.75
5.1 离散余弦变换 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.76
5.2 离散小波变换 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.78
5.3 6 种多尺度几何分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.94
5.3.1 脊波(Ridgelet)变换 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.94
5.3.2 曲波(Curvelet)变换 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.94
5.3.3 轮廓波(Contourlet)变换 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.95
5.3.4 条带波(Bandelet)变换 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.96
5.3.5 楔波(Wedgelet)变换 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.97
5.3.6 小线(Beamlet)变换 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.97
5.4 稀疏表示 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.98
5.5 信号的低秩分析 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.101
本章小结 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.104
第6 章 压缩感知理论 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.105
6.1 压缩感知简介 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.105
6.2 基本概念 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.109
6.2.1 基和框架? ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.109
6.2.2 低维信号模型 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.109
6.2.3 可压缩信号 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.110
6.2.4 子空间的有限并集 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.110
6.2.5 感知矩阵的有关概念 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.110
6.2.6 感知矩阵的构造 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.113
6.3 稀疏信号恢复算法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.114
6.3.1 l1 范数最小化算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.114
6.3.2 基追踪和基追踪降噪方法 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.117
6.4 信号恢复算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.130
6.5 6 种典型的贪心算法 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.131
6.5.1 正则化正交匹配追踪 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.131
6.5.2 压缩采样匹配追踪 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.135
6.5.3 分段正交匹配追踪 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.138
6.5.4 子空间追踪 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.141
6.5.5 稀疏度自适应追踪 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.142
6.5.6 广义正交匹配追踪 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.146
本章小结 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.149
第7 章 压缩感知应用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.152
7.1 压缩感知在稀疏水声信道估计中的应用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.152
7.2 水声信道的时延-多普勒双扩展模型探讨 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.154
7.3 水声双扩展信道估计研究概述及未来工作展望 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.156
7.4 压缩感知在水声数据遥测中的应用 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.158
7.5 压缩感知在变电站噪声源定位中的应用 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.163
7.5.1 变电站噪声源定位算法简介 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.164
7.5.2 基于压缩感知的合成孔径技术 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.167
参考文献 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????.174
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