本书系统地介绍了水声探测与通信原理。全书共 14 章，分为上下篇，上篇（第1～9章）主要叙述声呐检测、测向、测距、测速，以及水声目标定位、跟踪、侦察的原理和方法，并结合近年来水下目标探测技术的发展介绍几种主要的非声探测方法；下篇（第10～14章）主要叙述水声通信信道、水声信源编码、水声信道编码、水声通信调制解调的原理和方法，并介绍水声通信网络的发展现状、特点和结构。本书以水声目标检测、位置和声要素测量、水声通信为线索，水声探测原理部分注重对信号和干扰的理解及其内在信息的利用；水声通信原理部分兼顾通信基本理论和水声信道特点。本书可作为水声工程专业本科、研究生和教师的参考书，也可供声呐研发和使用人员参考。

由于声波在水下能进行远距离传播，水声技术在军事和海洋开发中得到了大量应用。水声技术在军事方面的应用主要是检测目标有无，测定目标的位置、运动和声学参数，以及进行水下声通信等。从广义来说，利用水下声波进行工作的设备被称为声呐，根据工作原理，声呐可以分为主动声呐和被动声呐两大类。水声目标检测主要依据目标声信号与干扰声信号在能量分布和空间分布上的差异，目标参数测量主要依据目标声信号到达水声装备时的幅度差、时间差、频率差、相位差，还有些方法可以利用声传播特性进行目标定位。水声通信是利用水声换能器将包含一定信息的编码信号发射到水中，在接收端通过水声装备接收通信信号并解调，实现文字、语音、图像、视频等内容在水下的无线传输。 本书是为适应水声工程专业教育教学需要，根据新的人才培养方案和课程大纲编写的。围绕水声目标检测、测向、测距、测速、定位、跟踪、侦察、通信问题展开，兼顾作为水下声学探测手段重要补充的非声探测技术。全书共14章，其中，第3章前6节由幸高翔编写，第9章由孔晓鹏编写，第10～14章由卫红凯编写，其余章节由姚直象编写，全书由姚直象统稿。本书由蔡志明教授主审，纠正了本书初稿中的差错，并提出了许多宝贵意见。 本书的编写得到了海军工程大学教务处、电子工程学院教学科研处，以及水声工程教研室全体同志的大力支持和帮助，研究生柳嵩承担了部分内容的校对工作，在此对上述单位及个人致以衷心的感谢。 由于编者水平有限，书中难免存在错漏之处，敬请广大读者批评指正。

目 录 上篇 水声探测原理 第1章 绪论 002 1.1 概述 002 1.2 声呐系统的分类 004 1.2.1 引言 004 1.2.2 按工作原理分类 004 1.2.3 按装置体系分类 007 思考题与习题 012 参考文献 013 第2章 声呐检测原理 014 2.1 能量检测 014 2.2 正交相关检测 016 2.3 线谱检测 018 2.4 历程检测 022 思考题与习题 023 参考文献 023 第3章 声呐测向方法 024 3.1 波束形成 025 3.2 最大值测向 028 3.3 相位法测向 031 3.4 振幅差值法测向 035 3.5 相位幅度法测向 038 3.6 相关法测向 039 3.7 互谱法测向 041 3.7.1 分裂波束相位差 042 3.7.2 互谱测向原理 044 3.8 矢量水听器测向原理 047 3.9 高分辨空间方位估计算法 051 3.9.1 MUSIC算法 052 3.9.2 ESPRIT算法 054 思考题与习题 057 参考文献 058 第4章 声呐测距方法 059 4.1 主动声呐测距方法 059 4.1.1 脉冲测距法 059 4.1.2 调频信号测距法 062 4.1.3 相位测距法 073 4.2 被动声呐测距方法 075 4.2.1 概述 075 4.2.2 被动测距几何原理 077 4.2.3 测距误差分析 079 4.2.4 时延估计 084 思考题与习题 086 参考文献 086 第5章 声呐测速方法 087 5.1 目标速度测量 088 5.1.1 位变率测速法 088 5.1.2 多普勒测速法 090 5.2 本舰航速测量 092 5.2.1 多普勒测速 093 5.2.2 相关测速 102 思考题与习题 110 参考文献 110 第6章 水声目标定位方法 111 6.1 声呐浮标定位 111 6.1.1 LOFAR法 111 6.1.2 CODAR法 115 6.1.3 HYFIX法 116 6.2 多平台联合定位 117 6.3 单平台被动定位 119 6.3.1 目标运动分析 120 6.3.2 匹配场处理 123 思考题与习题 125 参考文献 125 第7章 声呐目标跟踪方法 126 7.1 主动声呐目标跟踪方法 127 7.1.1 目标参数估计 127 7.1.2 目标跟踪 128 7.2 被动声呐目标跟踪方法 130 7.2.1 振幅比较法 131 7.2.2 分裂波束互谱法 133 7.2.3 线谱跟踪 133 思考题与习题 134 参考文献 134 第8章 水声侦察原理 135 8.1 主动声呐信号捕捉 136 8.1.1 主动声呐信号捕捉理论依据 136 8.1.2 时频联合捕捉信号 137 8.2 主动声呐信号参数 141 8.2.1 主动声呐信号描述 141 8.2.2 几种主动声呐信号 142 思考题与习题 144 参考文献 144 第9章 水下目标非声探测 145 9.1 水下目标非声探测手段 145 9.1.1 雷达探潜技术 145 9.1.2 磁探仪探潜技术 147 9.1.3 尾迹探潜技术 148 9.1.4 激光探潜技术 152 9.1.5 电场探潜技术 153 9.1.6 生物光尾迹探潜技术 154 9.1.7 其他探潜技术 154 9.2 声与非声联合探潜手段 155 思考题与习题 156 参考文献 156 下篇 水声通信原理 第10章 水声通信信道 158 10.1 水声通信概况 158 10.1.1 水声通信系统基本组成 160 10.1.2 水声通信系统的主要性能指标 164 10.1.3 水声通信声呐方程 166 10.2 水声通信信道 166 10.2.1 水声通信信道的特点 167 10.2.2 水声通信信道对水声通信的影响 169 10.2.3 应对水声通信信道影响的对策 179 思考题与习题 184 参考文献 184 第11章 水声信源编码 185 11.1 概述 185 11.2 信源编码定理 186 11.2.1 等长码编码定理 188 11.2.2 变长码编码定理 192 11.2.3 限失真信源编码定理 197 11.3 常用无失真信源编码 198 11.3.1 香农编码 198 11.3.2 费诺编码 199 11.3.3 哈夫曼编码 200 思考题与习题 203 参考文献 204 第12章 水声信道编码 205 12.1 概述 205 12.2 信道模型和信道容量 206 12.2.1 信道模型 206 12.2.2 信道容量 211 12.3 信道编码基本原理 213 12.3.1 信道编码定理 213 12.3.2 差错控制编码 218 12.4 常用信道编码技术 223 12.4.1 线性分组码 223 12.4.2 循环码 231 12.4.3 BCH码 233 12.4.4 卷积码 234 12.4.5 Turbo码 238 思考题与习题 240 参考文献 240 第13章 水声通信调制解调 241 13.1 概述 241 13.2 模拟调制系统 243 13.2.1 标准振幅调制 243 13.2.2 双边带调制 246 13.2.3 单边带调制 246 13.2.4 残留边带调制 249 13.3 数字调制系统 249 13.3.1 2ASK 250 13.3.2 2FSK 253 13.3.3 2PSK 257 13.3.4 多进制数字调制 260 13.4 新型数字调制技术 266 13.4.1 正交振幅调制 266 13.4.2 最小频移键控 268 13.4.3 频分复用 271 13.5 水声扩频通信 275 13.5.1 伪随机序列 275 13.5.2 扩频技术 283 13.6 水声通信信号接收处理技术 286 13.6.1 均衡技术 287 13.6.2 分集技术 290 13.6.3 时间反转技术 291 13.7 同步原理 294 13.7.1 载波同步 295 13.7.2 码元同步 300 13.7.3 群同步 303 思考题与习题 307 参考文献 307 第14章 水声通信网络 308 14.1 概述 308 14.2 UAN的发展现状和特点 309 14.2.1 UAN的发展现状 309 14.2.2 UAN的特点 310 14.3 UAN的分层结构和拓扑结构 312 14.3.1 UAN的分层结构 312 14.3.2 UAN的拓扑结构 315 14.4 水下自组织网络 319 14.5 水下声学传感器网络 323 思考题与习题 324 参考文献 324