水声信号处理基础.pdf
水声信号处理基础内!提本书从统计糖点御述信她理的骞狸论。第一幸概述水产僧号处理的棋型及发展櫶況。第二、三章介绍信号分析、緞性系统和随机过程,是全书的基础部分。第四章到第六章紋迷信号统计处理的一般理论,包括最传线性滤、信号的统计检测和佔计理论初步。最后三章偏重于声纳十的信早处理间题一混喻干下的信号处理、相关接收阵和自适应处理技术。本书可作为水声工程专业有关信号处理户面的教材,或从事这方面研究工作的人员的参考书,也可作为雷,逍信专业在信号统计处题方面射参考书水声营号处理锅我璟陆根游轴萨“管B萨出新华带店北京魔行所发行各地新华书店楚督防工业出版社印倒厂印装78X10924/19张11/4403千字1981年9月第一叔981年9月第一孜印刷印敦:0,00一20肝篮→号15034-2175定价:180元前言木书是按教材的受求端写,以基袖知识和一般理论为主,但也惹虑了水的一些殊的要求。近十年来信号处理技术发展很快,理论上新月异,应用领域上不断扩大,通信、雷达,地震、控制,测量……都离不开信号处理。声纳往往在强干抗背景下工作,信号处飓技术的地位显得相当重耍。因此,这门课是水声工程专业重要主课之五十年代初期以维纳滤波为代表的最佳线性滤被得到迅速发展,五十年代后期,将统计决策理论应用到通信、控制中来,出现了信号检测理论,共十年代估计理论迅速发展,检测理论有点相形失色。卡曼滤波继承发展了维纳滤波,在估计理论中找到了自己的坚实理论基础。在过去教学中,曾一度突出了检测理论,现在看来不一定合。现我们仍旧把最生线性滤波列为专门的一章,但是加进了卡曼滤波的新内容。检测论也是专门的章,没有作更深入的分析,好在内已出版了这方面的专门著作。近来估计理论发展很快,内容很多,这本数材不可能全部包括进来。我们用了一章篇掘介绍估计理论初步,介绍了参量估计,也介绍了非参量佐计。为了学好最伟线性滤波,检测理论,估计理论,打好基础是必要的。尽管前面的课程已经学过信号分析和概率论,我们还是用了两章篇幅研究有规信号分析和随机信号分析,第一从教学角度来看适当重复是必要的;第二重复也不是简单的重复,而是向更深入方向发展,向离数的,多维的向发展,这种发展对后面分析是完全必要的混响干扰背景是水声信号处理的特殊问题,在第七章中作了专门的介绍,但是该章讨论的模糊度函数,信道的滤波器模型……对于水声以外的其他领域也是有用的。用基阵按收和发射信号也是声纳的特点,指关接收阵提高了被动声纳的性能,第八掌中对于这厅面闯题作了较详细的分析。承声信道复杂多变,加之,数字技术的发展,促使自适应技术应用到水声领域中,提高了声纳的性能,第九章中对自适应作了初步的介绍。在分析中要用到许多数学丁具,如积分方程,差分方程,矩阵……,我们认为不应回遍这些工具,但是在本教材中北不宜系统地全面地介绍这些工具,我们力图用一些简单易懂的例子使读者初步掌揸这些工具。木书申稿时,南京工学院水声工程教研组的黄建人、姚治国和周刚临三同志提出了许多宝贵意见,特表示感谢。由于我们的水平有限,错误一定很多,请读者批评指正。编者且录第一聋引论會會會曾會1伽會會身t會■血司■會自·自·會會5.}随机参量信号的检测…………1441.1基本的声纳系统的模型■面司唱■要85.4序列检测5612水声信号处理的发展概况………!习题會■山『■PP酽d普■■1■■b;b画4·4I§1.3主要符号表示………4第六章估计理论初步…………162第二章信号的解析表示和线性系统……5§6.16计的木慨念6§2.1,信号和信号分析……§6.2则叶斯估计……………,………l§2.2谱函数的性展…,…6.3递归线性最小方為佔计§2.线性系统■■q■■■口司■■司口6.4功率谱估计……§2.4釆样定理…………习题…………中“9s2.5离散线性系统4,35第七章混响干扰下的信号处理……202习题……………………………477,1模粉度效看1自中即■■:第三章随机过程…_q号看■唱■§7.2混疃的純计特…………………"235§3.1概率和随机变量9§P3混响于扰下的信号处理3.3随机变量的函数5了习§3.3期螺……第八章相关接收阵33,4随机过程6588.1引言…………225§3.5随机过程的功率…分8.2平方累积阵分析…晶中h2E5§36高斯随机过程■bd备A8§83乘积阵分析……………230习題………………………“…………7s8.4有板性处理的基阵公析………2?第四章最佳线性滤渡…………………y2§8.5最大信噪比滤欲阵的分忻…………2b4.1最佳线性滤波的标准………$_2习题………………………………24§4.2匹配滤戏器的分枥…93第九草岩适应处理技术…"245E43匹配滤波器的实现…………0惡9,1水声信道的滤波器模型84.4继纳滤波……………………19.2自适应概念和MS适应逐算…24684.5卡曼滤波初步……!59,3自遞应波束形成器……习恶…曾曾會P■224§9.4自逅应滤被…第五章信号的统计检测习题…………269§5.1惭述……………)6录有关的儿个矩阵公式n··"‘2§52高斯噪声背景下确知信号§1儿个有关的矩阵求逆公式…………*的检测+-+jFs2矩阵做分7第一章引论§1,1基本的声纳系统的模型声纳系统按用途来分有许多型号,但它的工作方式不外乎主动式和被动式两种,如图1-1-所声波故射体主动式声纳由发射机发射已舶信号,发射积目标通过换能器转换成声波信号,经月标反射后成回波,经过渐水中各式各样的散射⊥式/怀回效+散射回液(响体散射形成混响接收机不但接收到回波接收机和混响,而且还会接收到环境噪声,通常射哗产发声目标包括海洋噪声和本舰噪声。回波是信号境噪声信号其余都是干扰。在简单的检测模型中,回被动式波信号是完仝确知的,它和发射波形图1-1-1甚本的声纳系鸵模型样,只不过是时闻上平移了一下。但实际情况要复杂得多,于目标的运动,会引起多普泐( Doppler)频移,由于目标不是一个点,多径传揹,回波在时间轴上被犷展,波形和发射波形可態会大不相同,此外由于介质的随机性,也会造成回波信号的起伏。在主动声纳中,混响往往是主要的干扰。混响也是由发射信号产生的,它的许多方而的特件和阿波极为相似,使得抗混响相当闲难。本噪芦也是一种亚重的干扰:在本舰高速诺动时,更是如此。但是它是一个宽带信号,回波是一个窄带信号,可以利用功率谱的亲异来风分它们被动声纳是根据日标辐射的声液来检测目标的。这辐射的声波可能是目标上的声纳发射的声波,也可能是目标运动时辐射出的舰船噪声,也可能是目标引起的其它声音。目标辐射出的觑船噪声的功率漕和本舰噪声的功率都是宽带的,从功率谱上区分它们有一定的困难。但是本舰噪声和日标舰噪声在空间相关性上是不同的。可以利用空间相关性上的差异来区分它们。声纳系统的模型反映了声纳、介质和目标三者的关系。介质和目标的特性是我们无法控制的,而声纳,它的发射方式与接收方式是我们可以合理地选择的。使得它最佳地和介质、目标的特件匹配。早期的声纳系统,它的发射方式、接收方式是不变的,而介质和目标的特性却是因时、因地而异的,这就不可能实现最住地匹配。必须改变这种不变的发射方式、接牧方式,要根据当时当的介质、目标的特鉎,自动地调整发射方式、接收方式,以运到最住地匹配。这便是所谓的直适应技术。§1.2水声信号处理的发展概况市纳从它的诞生到现在有了很大的发展和变化。特别是近二十多年,更是如此。声纳的变化和水声信号处理的发展是一致的,或者说水声信号处理每出现一个新技术,都导致声纳的一次大变化。五十年代以前的声纳,发射波形是比较简单的,是一个正弦填充的方波,接收机采用窄带滤波。脉冲压缩我术的出现,导致脉冲压缩声纳逃出现,发射波形釆用线性调掘脉沖,戌者伪随机编码。在接收机中相应地出现了信号处理器(如 DELTIC系统等〕草题的声纳是利用换能器的自然方向性,用机械旋转的方法实现波束的旋转。随着换能器的越来越大、越来越笨重,机槭旋转越来越困难。利用相控阵孜术之后,可以用电的力法形成波束的旋转;还可以用电照方法同时形成多个波束,出现了多液束阵。利用信号有干扰的空间相关性的差别,将信号处理技术应用于基阵,出现了相关接收阵。由于铵收到的信号和干扰变化范围很大,给信号处埋带来困难,便出现了动态范压缩和归一化技术目前,自适应技术及各式各样的数字处理技术迣入了声纳领域。图1-2-1是目前的典型声纳发射机方框图。信号发生器的输出可具有多种形式(模拟的或数字的,正弦填充脉裨或线性调频脉冲,或几种信号同时共用),这取决了所考虑的系统的具体要求。信号发生器的犏出送到波束形成器矩阵去,波束形成器矩阵的用途是对信号进行适当的加权和延迟,以使发射阵产生所要求的声束图,将声能聚集到所要求的空间中去。程序器的用途是使多路或顺序发射同步。程序器信号束发生器形成矩臂发射阵图⊥-2-4声纳发射机户框图图1-2-2是目前的典型声纳接收机方框图。它比发射机复杂。这是由于在发射时信噪比是无限大的(或接近无限大),而在接收时,在大多数有实际意义的情况下,信噪比是小于1的。接收基阵和波束形成矩阵对应于发射机中发射基辉和波束形成矩阵。这两个基阵通常是共用的。但是波卓形成兔阵是有差别的,在发射机中,为了使发射能量最大,波東形成航阵具有最小的幅度加权。在接收机里,则使用幅度加权,抑制旁瓣或增大方向性指数。在发射机中用相控发射,在接收棚中采用自适应波束形成处理。程序器判决设舒一接收F态范信号形成矩阵和归处理器显示器昕觉指示网1-2-2声接收机了框图动态范围压缩和归一化(DRCN)与信号处理器具有共同的任务:对接收的信息进如工,以便适当地将其显示在视觉显示器或听党显示器上,或送给判决设备(可能是一个缴字计算机)。程序器是用来达到同步和自适应的。本课程的任务是介绍信号处理的基本理论及其实现方案。1.3主要符号表示x(t),f(t),g(:)等表示实信号x(扌)∫2(f),ga(t)等表示复数解析信号F()或ⅹ(的)表示实信号X(#)的频谱函数F(①)或X2(①)表示复数解析信号xa(4)的频函数Rx(℃)或R2x()或R(T)表示信号x(t)的自相关函数R2(τ)或R12(T)表示信号x(:)和y(t)的互相关函数H()表示时不变线性系统的频半响应函数h(T)表承时不变线性系统的冲激响应函数H(,t)表示时变线性系统的频率响应函数h(,T)表示时变线性系统的冲激响定函数xn}表示实信号序列Y(z)表示{x》}的z变换hn)表示线性系统刈单仕釆样序列("-k)的晌应h(n)表示线性位移不夾系统对单位采祥序列8(”)的响应正(z)裁示a(B)的之变换尸(A)表示事件A的粥率P(A.B)表不事牛丹出现条供下,惠件A出现的条件率F(a)或F(x)表示随机变量x的概率分布函数p()或P()表小陡机变量x的概率密度函数F()或F(x|y)表示条件概率分布函数Fx(妖}或F(K)衣爪随机向量X的慨率分布咝爨p()或户(x)表示随机向量X的概率密度区数px(夕(XY)表示随机向量的条件概率密度函数E〔x会具表示随机变量x的微学期望或统计平均E(x°)裘示随机变量x的n阶愿点矩E〔(x-μ)“)表示随机变量x的阶中心矩Mx(s)=Ee〕表示随机变量x的特征函数E(X)仝μx裴示数学期望或统计平均中x全FXX表示均方矩阵Vk≌EX-)(X-)2〕表示方差矩阵z(β)会E(XY-)或xy表条件均值vx()会E[(x-x)(X-x)Y=月或4y表示条件方差矩阵Mk(s)表示特征函数x(t,》或x(t)表示一维随机过程样本函数X(t,k或X(!)表示n雏随机过程样本函数EX(t,)!表示X(t,)的均值中x(t)表示X〔f,)的均方矩阵V2(t?表示X(t,k)方差矩阵φx(1,t:)表示X〔e)的相关矩阵vx(t1,f2)表示K(t,四)的协方差矩阵S(o)表示x(f:①)的功率谱第二章信号的解析表示和线性系统§2,1信号和信号分析信号信息传输系统的任务在于向接收者传輸消息。声纳是一种信息传输系统,它所传输的消息是目标的有无,日标的运动要素(距离、方向、形度……),目标的性质等。消息本身往往不便于传输,要將消忘放在某…个便于传输的物理量屮,这种带有消息的物理量叫做信号。在主动声纳中,回波的行无表示目标的有无,回波出现的方向,苌示目标的方向,回波出现的时刻反映了目标的距离,回波中多卜勒频偏反映了目标的相对速度,回波的频谱结构反映了目杯的类型。因此主动声纳中回波是信号。类似跑,日标的辐射噪声是被动声纳的信号。凡是妨碍接收者接收信号的物理量都是干扰。本翹噪声、混响、海洋噪声都是声纳的干扰。应当说明,干桄也带有消总,只不过是接收者不需要的消息。因此同一个勒理量对于这个接收者是信号,对于那一个接收者可能就是干扰。钶如编队航行时,甲觎主动声纳引起的日标回波是乙舰主动声纳的干扰,它会严重妨碍乙舰主动声纳的工作。再如对一个搜索潜艇的芦纳兵而言,本舰噪声是干扰,对一个测量本舰噪声的工作人员而言,本舰噪声是信号。由此可见,信号和干扰的差别仪仪在于接枚者是否需要。因此,研究信号的方法和工具,也适用于干扰。第二章、第三章介绍的内容既适用于信号也适用于干扰。信号的时域分析我们将信号用时间纟的函数表示,记作x(4)。如果时间连续地取值,信号叫做连续时间信号。如果时间f离散地取值,信号叫离散时间信号。在声纳系统中常见的信号有:1.脉冲信号矩形脉冲「A0≤f≤Tx(t)0其余的r它有两个参数A和TA称做脉御幅度,T称倣脉冲班度钟形脉冲x(t)=A·e(2-1-2)它也有两个叁数A和α:A称做脉冲幅虔。它是κ〔扌)的最大值。a反映了脉冲度。钟
- 2020-12-07下载
- 积分：1
fluent udf中文帮助
fluent udf中文帮助本章简要地介绍了用户自定义函数(UDF)及其在 Fluent 中的用法。在 1.1 到 1.6 节中我们会介绍一下什么是 UDF；如何使用 UDF，以及为什么要使用 UDF，Makefile udfmakefile udf2DEF INE PROPERTYDEFINE DRIFT DI AM基础输运方程单元()面,区域()和线(操作求解器数据运仃输运方程求解器建立在有限容积法的基础上,这种方法将计算域离散为有限数目的控制体或是单元。网格单元是中基本的计算单元,这些单元的守恒特性必须保证。也就是说普通输运方程,例如质量,动量,能量方程的积分形式可以应用到锊个单元:/pad+,p·dA=中 TODa+/,SwAunsteadyeonv画 ctiondiffusiongeneration此处,是描述普通输运数量的变量()根据所求解的输运方程它可取不同的值。下面是在输运方程中可求解的的子集E守恒与否需要知道通过单元边界的通量。因此,需计算出单元和面上的属性值(单元()面,区域()和线(单元和单元面被组合为一些区域(),这些区域规定了计算域(例如,入口,出口,壁面)的物理组成)。当用户使用的时,用户的叮调用流体区域或是边界区域的计算变量(需要获得适当的变量,比如说是区域参考)和单元,以便标定各个单元。区域)是一群单元或单元面的集合,它可以由模型和区域的物理特征(比如入∏,出∏,壁面,流伓区域)来标定。例如,·些被指定为面域()的单元面可以被指定为类型,由此,速度也就可指定了。线()是据结构的内部名称,可被用来指定一个区域结构可作为数据储存器米使用,这些数据对于它所表示的单元和面来说是公用的(操作多数的任务需要在一个线的所有单元和面上重复执行。比如,定义一个自定义轮廓函数()则会对一个面线上)的所有单元和面进行循环。为了用户方使向用户提供了一些循环宏工具(来执行对单元,面,节点()和线()的重复操作例如,单元循环宏()可以对给定单元线上的所有单元进行循环操作()。而面循环宏()则可调用所有给定面线()的面。提供的循环工具请见在某些情况下需要对某个变量操作,而这个变量恰恰又不能直接被当作变量来传递调用。比如,如果用户使用宏来定义,求解器将不会向它传递指针。这种情况下,用户函数需要用提供的宏来调用线指针(见求解器数据通过用户界面将函数(它已被编译和连接)连接到求解器上可实现调用求解器变量。旦和求解器正确连接,无论何时,函数都可调用求解器数据。这些数据将会被作为用户变量自动地传递给注意,所有的求解器变量,不管是求解器传递给的,还是传递给求解器的,都使用单位。运行将会在侦定时刻被调用。但是,也可对它们进行异步执行,使用宏,还可在需要时()执行。详情请见解释和编译的比较编译和的构建方式一样。脚木被用来调用编译器来构建一个当地目标代码库()。目标代码库包含高级语言源代码的机器语言翻译。代码库在运行时由“动态加载”()过程连接到上。连接后,与共亨库的联系()将会被保存在用户的文件中这样,当以后再读入文件时,此编译库将会与自动连接。这些库是针对计算机的体系结构和·定版本的使用的。所以,当更新,或计算机操作系统改变,或是在不同类型的机器上运行时,这些库必须重新构建而解释则是在运行吋,直接从语言源代码编译和装载()。在运行中,源代码被编译为中介的独立于物理结构的使用预处理程序的机器代码(被调用时,机器代码由內部仿真器(),或注释器)执行。注释器不具备标准编译器的所有功能;它不支持语言的某些原理。所以,在使用吋,有语言限制(见)。例如,不能够通过废弃结构()来获得数据。要获得数据结构,必须使用由提供的预定义宏。另一个例子是不能识别指针数组。这些功能必须由来执行。编译后,用户的函数名称和内容将会被储存在文件中。函数将会在读入文件时被自动编译。独立于物理结构的代码的外层()叮能会导致执行错误(),但却可使共亨不同的物理结构,操作系统,和版本。如果运行速度较慢,不用被调节就可以编译代码的形式(运行中的和请见选择或是时,注意以下内容:对其它平台是便捷的(可作为()来运行不需编译器。慢需要较多的代码。在使用语言上有限制。不能与编译系统或用户库()连接。只能使用预定义宏来获得结构中的数据。(见和)比运行快在使用语言上不存在限制可用任何编译器编译。能调用以其他语言编写的函数机器物理结构需要用户建立的每个版本的共享库(如果包含有注释器()不能处理得语言元素,则不能作为)运行总的来说,当决定使用那种类型的时使用作为简单的函数使用作为复杂的函数,这些函数对有较大要求(例如每次运行时,在每个单元上均须调用的属性需要使用编译库一个例子编辑代码,并且在用户的模型中有效使用它,须遵循以卜七个基木步骤定义用户模型。编制语言源代码。运行读入,并设置文件。编译或注释()语言源代码。在中激活开始计算。分析计算结果,并与期望值比较。在开始解决问题前,用户必须使用定义希望解决的问题()。例如,加入用户希望使用来定义一个用户化的边界条件()。用户首先需要定义一系列数学方程来描述这个条件。接下来用户需要将这些数学方程(概念设计)用语言写成一个函数)。用户可用文本编辑器米完成这一步。以为后缀名米把这个文件保存在工作路径下。写完语言函数后,用户即可运行并且读入或设置文件()。对C语言源代码进行注释,编译,和调试),并在中激活用户函数()。最后,运行计算(),分析结果并与期望值比较。()。根据用户对结果的分析,可将上述整个过程重复几次。具体如下。定义用户模型生成和使用的第一步是定义用户的模型方程。如图所示的涡轮叶片。模拟叶片冑围的流玚使用了非结构化网格。计算域由底端的周期性边界()延伸到顶端的相同部分(),速度入口在左边,压力出口在右边。Irvine ua〔15512405危e893nde5)文中对入口速度为常数分布和抛物线分布的流场进行了比较。分段线性的分布可由边界场选项得到(),而多项式分布则只能使用用户自定义函数得到。进口速度为常数()的结果如图1.7.2和1.7.3所示。当流动沿着涡轮叶片进行时,初始速度场被改变了。了4101265105 tces. 89E.11电+01Turbine vane〔1551cl,2405他e,的93nde引假定现在要设涡轮叶片入∏速度不是常数值,其分布如下2un=20-2000745士变量在入口中心处为0.0,在入口上部和下部则分别为而入口中心处的速度为边界上为0。用户可用描述这一分布,并将它应运到模型中来解决这类问题。编制语言源代码。选定方程定义后,用户可用任意文本编辑器来书写C语言代码。以扩展名保存源代码文件保存到工作路径下。关于的书写请参考下面是一个怎样在中应用方程的例子。的功能由主要的宏()米定义。此处,宏用来表示下面的代码旨在给求解器捉供边界的轮廓信息。书中将在以后部分讨论其它的宏宏的第一个变量用来定义速度入口面板中的函数。名称可任意指定。在给定的边界区域上的所有单元面()上将会使用函数的这个方程。当用户在用户界面选定作为边界条件时,将会自动定义线()。下标由应用程序自动定义。中被用来形成对边界区域上所有单元面的循环()。对于每个面,面的质心()的坐标可由宏来获得。抛物线方程中用到了坐标,速度值通过宏来返回给面。宏和宏都是提供的宏。详情请见5读入,并设置文件建立后,用户开始设置在工作路径下启动读入(或设置)文件(如果文件以前设置过,请确认它是否被保存在了工作路径编详或注释()语言源代码这部分将例中的源代码作为来编译。注意,这个例子不可应用于的并行网络()。完整的编译和连接请见确认的文件(如果以前设置过)和语言源代码在工作路径卜。用面板编译例如, ud fexamp leInterpreted UDFSSource file rlameample+CCPP Command nameStack sizeH Display Assembly ListingH Use Contributed CPPCompilecospHelp在下键入语言源代码文件例如, udfexample.c。如果用户源代码不在目前工作路径下,则在编译,需在面板中间如文件完整的路径。在栏里,选择预处理器。省设置为如果用户函数的局部变量数目大于将会导致堆栈溢出。这种情況下,应将设置为比局部变量大的数
- 2020-11-04下载
- 积分：1
