水声学 第2版PDF电子书下载

第一章 信号、信道及声呐方程 1

1.1水声学的信息空间 1

1.2声呐信号及系统的分辨能力 3

1.3水声信道对信号的影响 6

1.4声呐方程 14

参考文献 16

第二章 作为水声信道的海洋介质 18

2.1海洋中的声速及声吸收 18

2.1.1海水中声速的基本公式 18

2.1.2海水中的声吸收衰减 19

2.1.3典型声速剖面 23

2.2海底及其声学特性 28

2.2.1海底沉积层的概况 28

2.2.2沉积物的取样分析 30

2.2.3海底地貌 32

2.2.4海底反射性能 36

2.3海面及其声学特性 40

2.3.1表面波浪的概况 40

2.3.2海浪谱 42

2.3.3波高，风速与海况 44

2.4海洋中的内波 47

2.5海洋中的局部非均匀体 51

2.5.1温度“微”结构水团 51

2.5.2生物散射体及深水散射层（DSL） 52

参考文献 55

第三章 水声场的基本概念与理论方法 59

3.1波动方程与定解条件 59

3.2分层介质中点源声场的积分表示 63

3.3一维波动方程的可解情况 66

3.4 W.K.B.近似 69

3.4.1基本思想及解的形式 70

3.4.2 W.K.B.解的物理图像 71

3.4.3 W.K.B.解的适用判据 73

3.4.4 W.K.B.解在“反转点”附近的解析延拓 75

3.4.5 W.K.B.近似下的平面波反射问题 76

3.5二阶反转点及“射线分裂” 81

3.6分层介质中点源声场的谱表示 83

3.7简正波场与旁侧波场 87

3.8射线-简正波近似理论 92

3.9射线声学理论 98

3.9.1射线声学的基本方程 98

3.9.2分层介质中的射线方程 101

3.9.3分层介质中的声线图 104

3.9.4广义射线 106

3.10简正波表示与射线表示之间的关系 120

3.10.1简正波生成函数与广义射线生成函数之间的傅里叶变换关系 120

3.10.2简正波与经典射线之间的局部转换关系 127

3.10.3射线向简正波场的转化 130

3.10.4关于转化条件的讨论 135

3.11指向性声源在分层介质中的声场 138

3.11.1平面辐射器在自由空间的指向函数 138

3.11.2分层介质中指向性声源的简正波理论 139

3.12介质水平变化的问题 145

参考文献 149

第四章 浅海典型声场分析 154

4.1平滑平均场强及海底反射损失模型 154

4.1.1浅海中的平滑平均场强 154

4.1.2“三参数”界面反射损失模型 158

4.2浅海均匀层声场的分析 164

4.2.1浅海均匀层声场的简正波表示 165

4.2.2 Pekeris问题 166

4.2.3平均场强结构 176

4.2.4海底反射参数对平均场强结构的控制 183

4.2.5平均场强结构的频率依赖关系 187

4.2.6任意反射损失时的场强分析 188

4.3浅海均匀层中脉冲的传播 189

4.3.1脉冲峰值衰减与能量衰减的关系 189

4.3.2脉冲多途拖散与相关损失 197

4.4浅海负梯度声场分析 201

4.4.1平滑平均场强的分析 201

4.4.2“角功率谱”表示的平均场强 213

4.4.3负梯度浅海中脉冲的多途拖散 215

4.5浅海负跃层声场分析 221

4.6浅海表面声道平均声场的分析 232

参考文献 236

第五章 深海典型声场分析 239

5.1深海混合层声道 239

5.1.1射线分析 240

5.1.2波动理论分析 242

5.1.3混合层中的平滑平均场强 248

5.1.4混合层中TL的经验公式 251

5.2深海SOFAR会聚带声场 251

5.2.1 SOFAR信号波形 252

5.2.2会聚带声场的射线分析 255

5.2.3会聚带声场的波动解 260

5.3声测海洋学 269

5.3.1海洋声层析（OAT） 269

5.3.2海洋气候声学测量（ATOC） 270

参考文献 273

第六章 海洋中的混响与噪声 276

6.1海洋中的混响 276

6.1.1近程混响的射线理论 276

6.1.2作为一次散射场的混响 279

6.1.3浅海均匀层远程混响 286

6.1.4混响强度与脉宽的关系 289

6.1.5混响的统计特性 291

6.1.6散射强度数据 296

6.1.7全波动混响理论概述 298

6.1.8波导中混响的新能流模型 300

6.2海洋环境噪声 303

6.2.1谱级 303

6.2.2噪声场的“构成”理论 307

6.2.3噪声场的指向性 310

6.2.4波导中的噪声场及匹配滤波 317

6.2.5环境噪声场与环境信息 319

参考文献 319

第七章 目标反射及舰船辐射噪声 323

7.1目标反射问题 323

7.1.1刚性小球的瑞利散射 323

7.1.2几何镜反射及象脉冲理论 325

7.1.3弹性体散射的一般情况 327

7.1.4惠更斯积分与菲涅耳带方法 332

7.1.5液球散射的波动解 338

7.1.6海洋生物的散射问题 341

7.1.7目标强度的一些实验数据 344

7.1.8目标散射研究的进展概述 345

7.2舰船辐射噪声特性 345

7.2.1辐射噪声源的一般特性 345

7.2.2舰船辐射噪声信号的描写 347

7.2.3舰船噪声研究的进展概述 352

参考文献 352

第八章 信号场的散射与起伏 355

8.1由海水介质随机不均匀性引起的声场起伏 357

8.2粗糙随机表面引起的声场起伏 363

8.3内波引起的声场起伏 367

8.4浅海信道中信号场的横向相关 377

8.5矩方法 382

8.6散射引起的平均场（有规分量）的衰降 391

8.6.1 Eckart理论 391

8.6.2微扰理论（Bacc方法） 396

8.6.3内波对平均场的衰降 402

参考文献 406

第九章 数值声场预报与信道匹配问题 410

9.1海洋声场的数值预报 410

9.1.1射线场数值解算 412

9.1.2简正波场数值解算 415

9.1.3抛物（PE）近似方法 418

9.2浅海信道中点源场的匹配 425

9.3传播波形的数值预报 428

9.4垂直线阵过滤简正波抗近场点源干扰的潜在能力 431

9.5垂直阵的信息分析与提取 438

9.5.1由垂直阵数据提取简正波函数 438

9.5.2对短垂直阵简正波分解能力的改善 439

9.6波导不变量β 441

9.6.1 β的物理意义及其数学表达式 442

9.6.2 Pekeris波导的β 443

参考文献 446

第十章 水声信号处理 450

10.1水声信号处理概况 450

10.1.1水声信号处理的任务 450

10.1.2水声信号处理技术的发展 450

10.2信号、随机过程及线性系统 451

10.2.1窄带确定性信号 451

10.2.2随机信号 453

10.2.3信号的离散表示 459

10.2.4线性系统 460

10.2.5假设检验 462

10.3在高斯噪声背景中检测信号（单通道情况） 465

10.3.1检测已知信号 465

10.3.2形式己知、参数未知的信号 469

10.4在混响背景中检测确定性信号 471

10.4.1混响散射函数 471

10.4.2 普通匹配滤波器在混响背景中的性能 472

10.4.3抗混响干扰最佳接收机 475

10.5水听器阵信号处理 476

10.5.1宽带能量检测器——普通标准阵处理器 476

10.5.2数字多波束阵信号处理 478

10.5.3分波束互相关处理 480

10.5.4被动式窄带处理器——线谱检测器 483

10.6声场的最佳时空处理 484

10.6.1概述 484

10.6.2 声场的时空采样 485

10.6.3声场的贝叶斯时空处理 488

10.6.4基于最佳波形估计的最佳时空处理 492

10.6.5时空因子分析 498

10.6.6最佳时空处理器与普通标准基阵处理器的性能比较 500

10.6.7在畸变信道中检测信号 506

10.6.8自适应波束形成器 509

10.7信号参量估计 525

10.7.1几种最佳准则和克拉默-罗界限 525

10.7.2方位角估计 529

10.7.3距离估计——到达时间估计 532

10.7.4频率估计——目标径向速度估计 533

10.7.5在畸变信道中估计信号参量 533

10.8自动检测器 535

10.8.1“或”门减数据率和多次发射历程图显示 535

10.8.2自动检测器概述 536

10.8.3似然比检测器及简化检测器 537

10.8.4减数据率，恒虚警处理 539

10.9空间场匹配处理 540

10.9.1匹配场处理MFP 540

10.9.2 MIMO声呐信号处理 542

参考文献 542

第十一章 水声探测系统简介 545

11.1概述 545

11.2被动式声呐 546

11.2.1噪声测向声呐 546

11.2.2噪声测距声呐 549

11.2.3拖曳线列阵声呐 549

11.3主动式声呐 550

11.3.1主动式声呐的工作体制 551

11.3.2主动式声呐系统概况 552

11.3.3典型声呐介绍 555

11.3.4探雷声呐——连续发射调频声呐 558

11.4航空反潜声呐 559

11.4.1直升飞机吊放声呐 559

11.4.2声呐浮标 559

11.5水声电子对抗设备 560

11.5.1侦察声呐 561

11.5.2声呐干扰器 561

11.5.3假目标 561

11.6水声防潜警戒系统 561

11.6.1固定式声呐监视系统 561

11.6.2拖曳线列阵远程监视声呐 562

11.6.3综合水声反潜探测系统 562

11.7水声探测设备在国民经济中的应用 562

11.7.1测深仪 562

11.7.2鱼群探测仪 563

11.7.3地貌仪——侧扫声呐 563

11.7.4地层剖面仪 564

11.7.5多普勒导航声呐 564

11.8声呐技术新进展 564

11.8.1潜艇声呐技术进展 565

11.8.2水面舰艇声呐 565

11.8.3合成孔径声呐 565

11.8.4拖曳线列阵声呐 565

11.8.5先进可布设水下声呐监视系统 566

11.8.6多基站主动声呐探测系统 566

11.8.7可持续工作的近海传感器网 566

11.8.8网络中心反潜战 566

第十二章 水声换能器 567

12.1结构体的振动分析 567

12.1.1弯张换能器圆拱壳体的振动特性 568

12.1.2有限元法及其对压电弯曲棒的计算 574

12.1.3用能量法推导有限长压电薄圆管的等效电路 585

12.2结构体的声辐射以及声阵中的相互作用 588

12.2.1用边界配值法解声辐射问题 589

12.2.2声辐射的积分公式及其近似解法 591

12.2.3有限元法解声辐射问题 594

12.2.4阵中的相互作用效应 598

12.2.5弯曲圆板换能器阵的互阻抗 608

12.3阵的方向性 609

12.3.1计算阵方向性的一般方法 610

12.3.2在频带内的方向性 615

12.3.3圆柱阵，球阵和宽带恒定束宽阵 618

12.3.4性能的不一致性对阵方向性的影响 625

12.4声源、水听器和声基阵 629

12.4.1概述 629

12.4.2声源、水听器和阵 634

12.5测量技术 647

12.5.1耦合腔中互易参量的理论计算和灵敏度的修正 647

12.5.2脉冲频谱法换能器低频校准 651

12.5.3脉冲平衡比较法精确测定水听器的相位 652

12.5.4压电材料机电性能的测量 657

参考文献 658

附录Ⅰ海水吸收系数α数值表 661

附录Ⅱ符号表 668

《现代声学科学与技术丛书》已出版书目 675