水中目标声散射 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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汤渭霖，范军，马忠成 著

图书标签:

• 声学
• 散射
• 水声
• 目标探测
• 信号处理
• 海洋工程
• 水下声学
• 声波
• 海洋环境
• 目标识别

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030540270

版次：31

商品编码：12278031

包装：平装

丛书名： 现代声学科学与技术丛书

开本：16开

出版时间：2018-01-01

页数：352

字数：424000

正文语种：中文

内容简介

《水中目标声散射》系统而深入地论述水中目标声散射的主要理论方法和现有成果，强调弹性声散射在水中目标散射中的作用。从主动声呐应用的角度出发，既照顾声呐工程应用的需求，又深入到结构声学的理论问题。内容包括基本概念和理论基础，基于Kirchhoff近似的目标几何声散射理论，弹性声散 射中流体-固体耦合的共振和表面波特性，目标声散射预报的数值计算方法和近似计算方法，亮点模型和修正亮点模型，海洋波导中目标散射与传播的耦合以及模拟和海上试验的基本方法。

目录

目录
序
主要符号表
第1章 绪论 1
1.1 主动声呐与目标声散射 1
1.2 若干名词术语和定义 5
参考文献 13
第2章 目标声散射理论基础 14
2.1 目标声散射场微分方程描述 14
2.2 规则形状目标声散射简正级数解 21
2.3 声散射的Helmholtz积分公式和表面积分方程 31
2.4 目标声散射近场和远场 39
2.5 瞬态信号声散射时域解 43
附录2A 球和圆柱坐标系中应用力、应变和向量波动方程 45
附录2B 积分方程法与分离变量法等价性——刚性球散射例 47
参考文献 49
第3章 水中目标几何声散射 50
3.1 Kirchhoff近似和物理声学方法 50
3.2 凸光滑曲面上声散射——几何亮点概念及其数学基础 54
3.3 简单声呐目标的目标强度 60
3.4 物理声学方法的推广应用 70
参考文献 76
第4章 水中目标弹性声散射机理 77
4.1 规则弹性体声散射简正级数解 78
4.2 共振散射理论 89
4.3 表面环绕波分析理论 99
4.4 共振频率极点与环绕波波数极点 109
附录4A 实心球、球壳和实心圆柱、圆柱壳的特征行列元素 116
附录4B 绕数积分方法计算复数极点 119
参考文献 121
第5章 水中目标声散射与弹性表面波的联系 124
5.1 平面流-固界面上的表面波 125
5.2 有流体负荷弹性平板的波 130
5.3 弯曲流-固界面上的表面波 136
5.4 圆柱表面螺旋环绕波 146
5.5 薄平板中的弹性波 152
5.6 薄圆柱壳中的弹性波 157
5.7 周期性加肋薄板声散射 167
参考文献 175
第6章 水中目标声散射数值计算方法 178
6.1 Helmholtz表面积分方程和边界元法 179
6.2 有限元结合边界元方法 185
6.3 无限空间中有限元方法 188
6.4 T矩阵方法 196
6.5 波叠加方法 200
附录6A 结构有限元方程 206
附录6B 流体有限元方程 209
参考文献 211
第7章 水中目标声散射近似计算方法 215
7.1 目标回波的亮点模型 215
7.2 基于Kirchhoff近似的板块元方法 220
7.3 图形声学方法 228
7.4 变形柱方法 235
7.5 有限长弹性圆柱薄壳声散射 238
7.6 弹性体散射的声线综合法 248
参考文献 253
第8章 海洋波导中目标声散射 255
8.1 波导中目标散射的理论基础 255
8.2 波导中规则形状目标声散射镜像解析解 262
8.3 波导中目标散射的射线声学方法 270
8.4 波导中目标散射的波动声学方法 277
8.5 波导中目标散射的边界元方法 283
8.6 浅海波导中主动声呐方程适用性和等效目标强度概念 290
附录8A 球波函数沿z轴的平移变换加法定理 296
参考文献 297
第9章 水中目标声散射试验研究 299
9.1 声散射相似性和缩比模型 299
9.2 缩比模型回声试验方法 305
9.3 目标回声海上测试方法 312
9.4 潜艇回声特征 321
9.5 回声精细特征实验室测量 325
9.6 水中目标回声层析成像 328
参考文献 332
彩图

《深海声学探测与目标识别》 图书简介 本书旨在系统梳理和深入探讨海洋环境中的声波传播、水下目标（如潜艇、水雷、海洋生物等）的声散射特性及其探测、识别技术。全书内容紧密围绕现代声学探测系统的设计、优化与实际应用展开，理论深度与工程实践相结合，力求为海洋声学、水声工程、水下机器人、海洋勘测等领域的科研人员、工程师及高年级学生提供一本全面且富有洞察力的参考著作。 第一部分：水声传播环境的物理基础与模型 本部分着重于构建理解水下声场特性的理论框架。海洋环境的复杂性是声波传播面临的主要挑战，理解这些影响因素是成功进行声学探测的前提。 第一章：海洋声学介质特性 详细阐述了海水的基本物理化学性质——温度、盐度和深度的分布对声速的影响。重点介绍了萨洛夫（Saloof）方程及其在不同水深范围内的精度评估。随后，深入分析了影响声速剖面的主要海洋学过程，如温跃层、中尺度涡流等对声线路径的弯曲和聚焦/散射效应。 第二章：声波在海洋中的传播机理 本章系统介绍了水声传播的几个核心模型。首先，从波动方程出发，推导出亥姆霍兹方程，并基于不同声场深度和距离尺度，详细阐述了射线理论（Ray Theory）的应用边界、优点与局限性，特别是对浅海和深海不同传播模式的刻画。其次，重点讲解了波导效应，包括本征模式理论（Normal Mode Theory），用于精确描述浅海和深海均匀层中的垂直声场分布。对于中远距离传播，深入探讨了积分变换法（如傅里叶变换和汉克尔变换）在求解声场中的应用，并介绍了快速求解算法（如Pade近似和迭代方法）。 第三章：海洋环境噪声分析 水下目标信号的探测性能严重依赖于背景噪声的特性。本章对海洋环境噪声源进行分类和量化分析。噪声源主要分为自然噪声（如风浪噪声、生物噪声、热噪声）和人为噪声（如船舶交通噪声、地震噪声）。针对风浪噪声，详细介绍了卡森（Wenz）曲线，并结合谱分析技术，探讨了不同频率段噪声的功率谱密度特性。此外，还讨论了海洋中声通道（Sound Channel）对噪声传播的影响，以及如何利用噪声的统计特性对探测系统进行优化设计。 第二部分：水下目标声散射理论与反演技术 目标声散射是评估目标可探测性的关键物理过程。本部分侧重于从微观的物理散射机理到宏观的散射场分析。 第四章：经典散射理论基础 本章聚焦于描述散射截面的基本理论框架。对于小尺寸目标（相对于波长），详细阐述了瑞利散射理论，推导了球体、圆柱体的远场散射振幅。对于大尺寸目标（几何光学区域），重点介绍了几何绕射理论（GTD）和物理绕射理论（PTD），这些理论在描述高频、大尺度目标（如潜艇船体）的强散射特性方面至关重要。对于介于两者之间的过渡区域，深入解析了米氏散射理论（Mie Scattering Theory）在理想球形目标上的严格解，并讨论了其在复杂目标近似中的应用。 第五章：复杂目标散射特性建模 真实的水下目标（如舰船、潜艇、鱼雷）形状高度不规则且结构复杂。本章探讨了数值模拟方法在复杂目标散射预测中的应用。详细介绍了边界元法（BEM）在二维和三维静止目标散射分析中的建立、离散化和求解过程，并分析了其在计算精度和计算成本上的权衡。对于包含大量内部结构（如空腔、隔舱）的目标，介绍了有限元法（FEM）与边界元法（FEM/BEM）的耦合求解策略，用以精确刻画目标内部声场的反馈效应。同时，也讨论了混合方法（如物理光学结合几何绕射，PO/GTD）在提高远场精度方面的优势。 第六章：目标散射特性的频率依赖性与极化效应 散射截面与入射波频率、目标材料特性以及入射角（方位角和俯仰角）密切相关。本章分析了散射能量在不同频率下的能量转移特性，特别是共振区散射增强现象的物理机制。此外，探讨了声波在穿过目标结构或在目标表面发生多次反射时产生的声场极化变化，这对于区分人工目标与自然背景（如海洋生物或海底地形）具有重要意义。 第三部分：水声探测系统与目标识别技术 本部分将理论与工程实践紧密结合，探讨如何利用声学原理设计和实施有效的探测与识别系统。 第七章：主动声纳系统设计原理 本章详述了现代主动声纳系统的关键组成部分与性能评估指标。内容包括：声源的换能器选择（如磁致伸缩与压电材料）、波束形成技术（如数字波束形成DBF、自适应波束形成）在抑制干扰和提高分辨率中的作用。重点推导了系统的探测能力方程（如信噪比SNR的分析），并讨论了脉冲压缩技术（如线性调频LFM信号）在提高测距分辨率和降低峰值功率需求方面的应用。 第八章：被动声学监测与信号处理 被动声纳主要依赖于对目标自身辐射噪声的捕获与分析。本章聚焦于目标辐射噪声的特征提取。详细介绍了高分辨率谱分析技术，如多重信号分类（MUSIC）、旋转子空间法（ESPRIT）在目标定位和跟踪中的应用。同时，阐述了水下目标特征谱的形成机理，如螺旋桨噪声、机械噪声的周期性成分识别，以及如何利用深度学习方法对复杂的生物或环境噪声进行有效分类和抑制。 第九章：水下目标识别与成像 目标识别是声学探测链条的最终目标。本章涵盖了基于散射特性的分类方法和基于成像的识别技术。对于散射强度分析，介绍了特征向量提取（如高阶统计量）和模式识别算法（如支持向量机SVM、人工神经网络ANN）在区分不同目标类别上的应用。在成像方面，深入探讨了高分辨率合成孔径声纳（Synthetic Aperture Sonar, SAS）的工作原理，包括数据的采集、运动补偿以及图像重建算法（如后向投影BPR）。最后，讨论了反向散射层析成像（Inverse Scattering Tomography）在获取目标内部结构信息方面的潜力。 第四部分：海洋环境对探测性能的影响与补偿 本部分强调了实际作业环境的复杂性对探测系统稳定性的挑战，并提供了相应的补偿和适应性技术。 第十章：浅海声道中的多路径效应与干涉 浅海环境的声传播通常由海面和海底反射形成复杂的多路径结构。本章分析了多路径传播导致的信号展宽和起伏，并提出了基于相干处理的干涉抑制技术。针对海底声学特性（如泥质、砂质、岩石底的声学阻抗差异），详细介绍了不同海底模型对垂直和水平方向声场分布的影响，以及如何通过对环境参数的反演来提高探测的准确性。 第十一章：适应性波束形成与去混响技术 探测性能受环境混响（Reverberation）的严重制约。本章深入研究了距离相关混响和方位相关混响的统计特性。提出了一系列适应性处理方法，包括维纳滤波、最小方差无失真响应（MVDR）波束形成器，用于最大化目标信噪比并抑制来自特定方向的干扰和混响。此外，还探讨了基于时域或频域的去混响算法，旨在恢复被混响掩盖的目标信号。 第十二章：海洋生物与噪声对探测系统的干扰 海洋生物（如鱼群、鲸类）不仅是需要区分的背景，其集体散射信号也可能被误判为人工目标。本章分析了鱼鳔对声波的强散射特性，并利用统计学方法区分生物群集与固体目标。同时，探讨了高强度生物噪声（如特定鲸类发声）对低频远距离探测的影响，以及在多传感器融合系统中如何利用生物噪声的独特频谱特征进行实时剔除或特征化。 全书结构严谨，逻辑清晰，从基础声学原理出发，层层递进至复杂的系统工程和先进的信号处理技术，力求为读者提供一个全面、深入且贴近实际工程挑战的水声探测理论与实践的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

《水中目标声散射》这个书名，在我听来，简直像是一个关于“水下间谍战”的秘密手册。我一直对军事科技，特别是海军领域的先进技术非常着迷，而声呐系统无疑是其中最神秘也是最关键的一环。我推测这本书会深入剖析各种水下目标，比如潜艇、水雷，甚至是大型海洋生物，它们是如何“暴露”自己的声音“踪迹”的。书中会不会详细介绍不同潜艇外形设计对声散射的影响？比如说，流线型船体和方形船体在声波反射方面会有怎样的差异？我特别好奇，书中是否会讨论如何通过测量目标的声散射特征来判断其是否正在运动，以及运动的速度和方向。这是否涉及到多普勒效应的复杂应用？此外，书中会不会涉及主动声呐和被动声呐在目标散射分析上的不同侧重点？我希望这本书能够提供一些关于如何降低自身声散射信号的技术，以及如何利用增强散射信号来探测敌方目标的策略。这不仅仅是关于声学原理，更是关于信息对抗和战场优势的智慧博弈。

评分☆☆☆☆☆

这本书的标题《水中目标声散射》一开始就让我产生了浓厚的兴趣，因为我对声波在水下环境中的传播和相互作用一直充满好奇。想象一下，声波就像invisible的探测器，在深邃的海洋中穿梭，遇到各种各样的物体，比如鱼群、潜艇，甚至是海底的地形，它们都会以独特的方式“回应”声波，产生散射。这本书肯定会深入探讨这些散射的原理，比如米氏散射、瑞利散射，以及不同形状、大小、材质的物体对声波的散射特性有何不同。我尤其期待书中能否解释为什么某些频率的声波更容易被探测到，而另一些则会穿透或者被吸收。是不是涉及到声阻抗、声波的波长和目标的尺寸之间的复杂关系？这本书会不会像一本声学的百科全书，详细列举各种水中目标的声学模型？我很想知道，如果我能掌握了这些知识，是不是就能更好地理解声纳的工作原理，甚至模拟出某个特定场景下声波的传播路径和强度变化。这不仅仅是物理学的理论，更像是一把解锁海洋奥秘的钥匙，让我能够“听见”水下的世界。

评分☆☆☆☆☆

《水中目标声散射》这个书名，在我看来，像是一扇通往水下物理世界的大门。我是一名对声学现象充满好奇的普通读者，虽然没有专业的背景，但总是渴望理解那些看不见摸不着却又真实存在的物理规律。这本书会不会用相对通俗易懂的方式，来解释声波在水中是如何与各种物体发生“碰撞”并产生“回声”的？我希望书中能够有生动的比喻和图示，来帮助我理解那些复杂的数学公式。比如，如果把声波比作投入水中的石子产生的涟漪，那么目标就是水中遇到的不同形状的障碍物，而散射就是涟漪在遇到障碍物后产生的变化。书中是否会讲解，为什么在海面上，我们能听到远处船只的声音，而潜入水下，声音又会变得如此不同？我期待书中能解释，水体的密度、温度、盐度等因素，是如何影响声波的散射和传播的。这就像是揭开水下世界的神秘面纱，让我能够以一种全新的视角去感受和理解这个我们知之甚少的领域。

评分☆☆☆☆☆

拿到《水中目标声散射》这本书，我首先被它扎实的理论功底所吸引。作为一名对声呐技术有着初步了解的工程师，我一直想深入探究声波在复杂水下介质中散射的物理机制。这本书的目录中，诸如“散射理论基础”、“目标散射截面”、“统计散射模型”等章节，无疑是我期待的重点。我猜想，书中会详细介绍不同散射理论的数学模型，比如惠更斯原理在声波散射中的应用，以及如何利用傅里叶变换等数学工具来分析散射场的分布。更重要的是，我希望书中能提供一些实际应用案例，例如如何通过分析水下目标的声散射特性来识别其类型、大小，甚至运动状态。书中是否会涉及到一些先进的数值模拟方法，比如有限元法或者边界元法，来计算复杂形状目标的散射场？我期待这本书能够解答我对于不同声学材料、不同表面粗糙度对散射影响的疑问，并提供一些量化的分析方法，让我能够从更微观的层面理解声波与水中目标的相互作用。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目《水中目标声散射》让我想到了一个非常有趣的科学实验场景。如果我是一名海洋生物学家，正在研究鲸鱼和海豚是如何利用声波进行交流和导航的，那么这本书的理论基础对我来说至关重要。我希望书中能够解释，为什么不同大小和形态的海洋生物会对声波产生不同的散射效应。比如，鱼群密集的时候，它们作为一个整体，会如何散射声波？而单独一条大型鱼类，它的声散射特性又会是怎样的？书中是否会讨论，声波的频率对海洋生物的声散射能力有何影响？低频声波是否更容易穿透水体，而高频声波则更容易被反射？我期待书中能够提供一些关于如何利用声散射信息来识别不同海洋生物种类的可能性。是不是可以通过分析声散射的频率成分、强度衰减以及散射角度来区分鲸鱼和海豚，甚至是不同种类的鱼？这就像是用声音的“回声”来描绘出一幅动态的海洋生物图谱，充满了科学探索的魅力。