水中目標聲散射 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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湯渭霖，範軍，馬忠成 著

圖書標籤:

• 聲學
• 散射
• 水聲
• 目標探測
• 信號處理
• 海洋工程
• 水下聲學
• 聲波
• 海洋環境
• 目標識彆

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030540270

版次：31

商品編碼：12278031

包裝：平裝

叢書名： 現代聲學科學與技術叢書

開本：16開

齣版時間：2018-01-01

頁數：352

字數：424000

正文語種：中文

內容簡介

《水中目標聲散射》係統而深入地論述水中目標聲散射的主要理論方法和現有成果，強調彈性聲散射在水中目標散射中的作用。從主動聲呐應用的角度齣發，既照顧聲呐工程應用的需求，又深入到結構聲學的理論問題。內容包括基本概念和理論基礎，基於Kirchhoff近似的目標幾何聲散射理論，彈性聲散 射中流體-固體耦閤的共振和錶麵波特性，目標聲散射預報的數值計算方法和近似計算方法，亮點模型和修正亮點模型，海洋波導中目標散射與傳播的耦閤以及模擬和海上試驗的基本方法。

目錄

目錄
序
主要符號錶
第1章 緒論 1
1.1 主動聲呐與目標聲散射 1
1.2 若乾名詞術語和定義 5
參考文獻 13
第2章 目標聲散射理論基礎 14
2.1 目標聲散射場微分方程描述 14
2.2 規則形狀目標聲散射簡正級數解 21
2.3 聲散射的Helmholtz積分公式和錶麵積分方程 31
2.4 目標聲散射近場和遠場 39
2.5 瞬態信號聲散射時域解 43
附錄2A 球和圓柱坐標係中應用力、應變和嚮量波動方程 45
附錄2B 積分方程法與分離變量法等價性——剛性球散射例 47
參考文獻 49
第3章 水中目標幾何聲散射 50
3.1 Kirchhoff近似和物理聲學方法 50
3.2 凸光滑麯麵上聲散射——幾何亮點概念及其數學基礎 54
3.3 簡單聲呐目標的目標強度 60
3.4 物理聲學方法的推廣應用 70
參考文獻 76
第4章 水中目標彈性聲散射機理 77
4.1 規則彈性體聲散射簡正級數解 78
4.2 共振散射理論 89
4.3 錶麵環繞波分析理論 99
4.4 共振頻率極點與環繞波波數極點 109
附錄4A 實心球、球殼和實心圓柱、圓柱殼的特徵行列元素 116
附錄4B 繞數積分方法計算復數極點 119
參考文獻 121
第5章 水中目標聲散射與彈性錶麵波的聯係 124
5.1 平麵流-固界麵上的錶麵波 125
5.2 有流體負荷彈性平闆的波 130
5.3 彎麯流-固界麵上的錶麵波 136
5.4 圓柱錶麵螺鏇環繞波 146
5.5 薄平闆中的彈性波 152
5.6 薄圓柱殼中的彈性波 157
5.7 周期性加肋薄闆聲散射 167
參考文獻 175
第6章 水中目標聲散射數值計算方法 178
6.1 Helmholtz錶麵積分方程和邊界元法 179
6.2 有限元結閤邊界元方法 185
6.3 無限空間中有限元方法 188
6.4 T矩陣方法 196
6.5 波疊加方法 200
附錄6A 結構有限元方程 206
附錄6B 流體有限元方程 209
參考文獻 211
第7章 水中目標聲散射近似計算方法 215
7.1 目標迴波的亮點模型 215
7.2 基於Kirchhoff近似的闆塊元方法 220
7.3 圖形聲學方法 228
7.4 變形柱方法 235
7.5 有限長彈性圓柱薄殼聲散射 238
7.6 彈性體散射的聲綫綜閤法 248
參考文獻 253
第8章 海洋波導中目標聲散射 255
8.1 波導中目標散射的理論基礎 255
8.2 波導中規則形狀目標聲散射鏡像解析解 262
8.3 波導中目標散射的射綫聲學方法 270
8.4 波導中目標散射的波動聲學方法 277
8.5 波導中目標散射的邊界元方法 283
8.6 淺海波導中主動聲呐方程適用性和等效目標強度概念 290
附錄8A 球波函數沿z軸的平移變換加法定理 296
參考文獻 297
第9章 水中目標聲散射試驗研究 299
9.1 聲散射相似性和縮比模型 299
9.2 縮比模型迴聲試驗方法 305
9.3 目標迴聲海上測試方法 312
9.4 潛艇迴聲特徵 321
9.5 迴聲精細特徵實驗室測量 325
9.6 水中目標迴聲層析成像 328
參考文獻 332
彩圖

《深海聲學探測與目標識彆》 圖書簡介 本書旨在係統梳理和深入探討海洋環境中的聲波傳播、水下目標（如潛艇、水雷、海洋生物等）的聲散射特性及其探測、識彆技術。全書內容緊密圍繞現代聲學探測係統的設計、優化與實際應用展開，理論深度與工程實踐相結閤，力求為海洋聲學、水聲工程、水下機器人、海洋勘測等領域的科研人員、工程師及高年級學生提供一本全麵且富有洞察力的參考著作。 第一部分：水聲傳播環境的物理基礎與模型 本部分著重於構建理解水下聲場特性的理論框架。海洋環境的復雜性是聲波傳播麵臨的主要挑戰，理解這些影響因素是成功進行聲學探測的前提。 第一章：海洋聲學介質特性 詳細闡述瞭海水的基本物理化學性質——溫度、鹽度和深度的分布對聲速的影響。重點介紹瞭薩洛夫（Saloof）方程及其在不同水深範圍內的精度評估。隨後，深入分析瞭影響聲速剖麵的主要海洋學過程，如溫躍層、中尺度渦流等對聲綫路徑的彎麯和聚焦/散射效應。 第二章：聲波在海洋中的傳播機理 本章係統介紹瞭水聲傳播的幾個核心模型。首先，從波動方程齣發，推導齣亥姆霍茲方程，並基於不同聲場深度和距離尺度，詳細闡述瞭射綫理論（Ray Theory）的應用邊界、優點與局限性，特彆是對淺海和深海不同傳播模式的刻畫。其次，重點講解瞭波導效應，包括本徵模式理論（Normal Mode Theory），用於精確描述淺海和深海均勻層中的垂直聲場分布。對於中遠距離傳播，深入探討瞭積分變換法（如傅裏葉變換和漢剋爾變換）在求解聲場中的應用，並介紹瞭快速求解算法（如Pade近似和迭代方法）。 第三章：海洋環境噪聲分析 水下目標信號的探測性能嚴重依賴於背景噪聲的特性。本章對海洋環境噪聲源進行分類和量化分析。噪聲源主要分為自然噪聲（如風浪噪聲、生物噪聲、熱噪聲）和人為噪聲（如船舶交通噪聲、地震噪聲）。針對風浪噪聲，詳細介紹瞭卡森（Wenz）麯綫，並結閤譜分析技術，探討瞭不同頻率段噪聲的功率譜密度特性。此外，還討論瞭海洋中聲通道（Sound Channel）對噪聲傳播的影響，以及如何利用噪聲的統計特性對探測係統進行優化設計。 第二部分：水下目標聲散射理論與反演技術 目標聲散射是評估目標可探測性的關鍵物理過程。本部分側重於從微觀的物理散射機理到宏觀的散射場分析。 第四章：經典散射理論基礎 本章聚焦於描述散射截麵的基本理論框架。對於小尺寸目標（相對於波長），詳細闡述瞭瑞利散射理論，推導瞭球體、圓柱體的遠場散射振幅。對於大尺寸目標（幾何光學區域），重點介紹瞭幾何繞射理論（GTD）和物理繞射理論（PTD），這些理論在描述高頻、大尺度目標（如潛艇船體）的強散射特性方麵至關重要。對於介於兩者之間的過渡區域，深入解析瞭米氏散射理論（Mie Scattering Theory）在理想球形目標上的嚴格解，並討論瞭其在復雜目標近似中的應用。 第五章：復雜目標散射特性建模 真實的水下目標（如艦船、潛艇、魚雷）形狀高度不規則且結構復雜。本章探討瞭數值模擬方法在復雜目標散射預測中的應用。詳細介紹瞭邊界元法（BEM）在二維和三維靜止目標散射分析中的建立、離散化和求解過程，並分析瞭其在計算精度和計算成本上的權衡。對於包含大量內部結構（如空腔、隔艙）的目標，介紹瞭有限元法（FEM）與邊界元法（FEM/BEM）的耦閤求解策略，用以精確刻畫目標內部聲場的反饋效應。同時，也討論瞭混閤方法（如物理光學結閤幾何繞射，PO/GTD）在提高遠場精度方麵的優勢。 第六章：目標散射特性的頻率依賴性與極化效應 散射截麵與入射波頻率、目標材料特性以及入射角（方位角和俯仰角）密切相關。本章分析瞭散射能量在不同頻率下的能量轉移特性，特彆是共振區散射增強現象的物理機製。此外，探討瞭聲波在穿過目標結構或在目標錶麵發生多次反射時産生的聲場極化變化，這對於區分人工目標與自然背景（如海洋生物或海底地形）具有重要意義。 第三部分：水聲探測係統與目標識彆技術 本部分將理論與工程實踐緊密結閤，探討如何利用聲學原理設計和實施有效的探測與識彆係統。 第七章：主動聲納係統設計原理 本章詳述瞭現代主動聲納係統的關鍵組成部分與性能評估指標。內容包括：聲源的換能器選擇（如磁緻伸縮與壓電材料）、波束形成技術（如數字波束形成DBF、自適應波束形成）在抑製乾擾和提高分辨率中的作用。重點推導瞭係統的探測能力方程（如信噪比SNR的分析），並討論瞭脈衝壓縮技術（如綫性調頻LFM信號）在提高測距分辨率和降低峰值功率需求方麵的應用。 第八章：被動聲學監測與信號處理 被動聲納主要依賴於對目標自身輻射噪聲的捕獲與分析。本章聚焦於目標輻射噪聲的特徵提取。詳細介紹瞭高分辨率譜分析技術，如多重信號分類（MUSIC）、鏇轉子空間法（ESPRIT）在目標定位和跟蹤中的應用。同時，闡述瞭水下目標特徵譜的形成機理，如螺鏇槳噪聲、機械噪聲的周期性成分識彆，以及如何利用深度學習方法對復雜的生物或環境噪聲進行有效分類和抑製。 第九章：水下目標識彆與成像 目標識彆是聲學探測鏈條的最終目標。本章涵蓋瞭基於散射特性的分類方法和基於成像的識彆技術。對於散射強度分析，介紹瞭特徵嚮量提取（如高階統計量）和模式識彆算法（如支持嚮量機SVM、人工神經網絡ANN）在區分不同目標類彆上的應用。在成像方麵，深入探討瞭高分辨率閤成孔徑聲納（Synthetic Aperture Sonar, SAS）的工作原理，包括數據的采集、運動補償以及圖像重建算法（如後嚮投影BPR）。最後，討論瞭反嚮散射層析成像（Inverse Scattering Tomography）在獲取目標內部結構信息方麵的潛力。 第四部分：海洋環境對探測性能的影響與補償 本部分強調瞭實際作業環境的復雜性對探測係統穩定性的挑戰，並提供瞭相應的補償和適應性技術。 第十章：淺海聲道中的多路徑效應與乾涉 淺海環境的聲傳播通常由海麵和海底反射形成復雜的多路徑結構。本章分析瞭多路徑傳播導緻的信號展寬和起伏，並提齣瞭基於相乾處理的乾涉抑製技術。針對海底聲學特性（如泥質、砂質、岩石底的聲學阻抗差異），詳細介紹瞭不同海底模型對垂直和水平方嚮聲場分布的影響，以及如何通過對環境參數的反演來提高探測的準確性。 第十一章：適應性波束形成與去混響技術 探測性能受環境混響（Reverberation）的嚴重製約。本章深入研究瞭距離相關混響和方位相關混響的統計特性。提齣瞭一係列適應性處理方法，包括維納濾波、最小方差無失真響應（MVDR）波束形成器，用於最大化目標信噪比並抑製來自特定方嚮的乾擾和混響。此外，還探討瞭基於時域或頻域的去混響算法，旨在恢復被混響掩蓋的目標信號。 第十二章：海洋生物與噪聲對探測係統的乾擾 海洋生物（如魚群、鯨類）不僅是需要區分的背景，其集體散射信號也可能被誤判為人工目標。本章分析瞭魚鰾對聲波的強散射特性，並利用統計學方法區分生物群集與固體目標。同時，探討瞭高強度生物噪聲（如特定鯨類發聲）對低頻遠距離探測的影響，以及在多傳感器融閤係統中如何利用生物噪聲的獨特頻譜特徵進行實時剔除或特徵化。 全書結構嚴謹，邏輯清晰，從基礎聲學原理齣發，層層遞進至復雜的係統工程和先進的信號處理技術，力求為讀者提供一個全麵、深入且貼近實際工程挑戰的水聲探測理論與實踐的知識體係。

評分☆☆☆☆☆

《水中目標聲散射》這個書名，在我看來，像是一扇通往水下物理世界的大門。我是一名對聲學現象充滿好奇的普通讀者，雖然沒有專業的背景，但總是渴望理解那些看不見摸不著卻又真實存在的物理規律。這本書會不會用相對通俗易懂的方式，來解釋聲波在水中是如何與各種物體發生“碰撞”並産生“迴聲”的？我希望書中能夠有生動的比喻和圖示，來幫助我理解那些復雜的數學公式。比如，如果把聲波比作投入水中的石子産生的漣漪，那麼目標就是水中遇到的不同形狀的障礙物，而散射就是漣漪在遇到障礙物後産生的變化。書中是否會講解，為什麼在海麵上，我們能聽到遠處船隻的聲音，而潛入水下，聲音又會變得如此不同？我期待書中能解釋，水體的密度、溫度、鹽度等因素，是如何影響聲波的散射和傳播的。這就像是揭開水下世界的神秘麵紗，讓我能夠以一種全新的視角去感受和理解這個我們知之甚少的領域。

評分☆☆☆☆☆

拿到《水中目標聲散射》這本書，我首先被它紮實的理論功底所吸引。作為一名對聲呐技術有著初步瞭解的工程師，我一直想深入探究聲波在復雜水下介質中散射的物理機製。這本書的目錄中，諸如“散射理論基礎”、“目標散射截麵”、“統計散射模型”等章節，無疑是我期待的重點。我猜想，書中會詳細介紹不同散射理論的數學模型，比如惠更斯原理在聲波散射中的應用，以及如何利用傅裏葉變換等數學工具來分析散射場的分布。更重要的是，我希望書中能提供一些實際應用案例，例如如何通過分析水下目標的聲散射特性來識彆其類型、大小，甚至運動狀態。書中是否會涉及到一些先進的數值模擬方法，比如有限元法或者邊界元法，來計算復雜形狀目標的散射場？我期待這本書能夠解答我對於不同聲學材料、不同錶麵粗糙度對散射影響的疑問，並提供一些量化的分析方法，讓我能夠從更微觀的層麵理解聲波與水中目標的相互作用。

評分☆☆☆☆☆

《水中目標聲散射》這個書名，在我聽來，簡直像是一個關於“水下間諜戰”的秘密手冊。我一直對軍事科技，特彆是海軍領域的先進技術非常著迷，而聲呐係統無疑是其中最神秘也是最關鍵的一環。我推測這本書會深入剖析各種水下目標，比如潛艇、水雷，甚至是大型海洋生物，它們是如何“暴露”自己的聲音“蹤跡”的。書中會不會詳細介紹不同潛艇外形設計對聲散射的影響？比如說，流綫型船體和方形船體在聲波反射方麵會有怎樣的差異？我特彆好奇，書中是否會討論如何通過測量目標的聲散射特徵來判斷其是否正在運動，以及運動的速度和方嚮。這是否涉及到多普勒效應的復雜應用？此外，書中會不會涉及主動聲呐和被動聲呐在目標散射分析上的不同側重點？我希望這本書能夠提供一些關於如何降低自身聲散射信號的技術，以及如何利用增強散射信號來探測敵方目標的策略。這不僅僅是關於聲學原理，更是關於信息對抗和戰場優勢的智慧博弈。

評分☆☆☆☆☆

這本書的標題《水中目標聲散射》一開始就讓我産生瞭濃厚的興趣，因為我對聲波在水下環境中的傳播和相互作用一直充滿好奇。想象一下，聲波就像invisible的探測器，在深邃的海洋中穿梭，遇到各種各樣的物體，比如魚群、潛艇，甚至是海底的地形，它們都會以獨特的方式“迴應”聲波，産生散射。這本書肯定會深入探討這些散射的原理，比如米氏散射、瑞利散射，以及不同形狀、大小、材質的物體對聲波的散射特性有何不同。我尤其期待書中能否解釋為什麼某些頻率的聲波更容易被探測到，而另一些則會穿透或者被吸收。是不是涉及到聲阻抗、聲波的波長和目標的尺寸之間的復雜關係？這本書會不會像一本聲學的百科全書，詳細列舉各種水中目標的聲學模型？我很想知道，如果我能掌握瞭這些知識，是不是就能更好地理解聲納的工作原理，甚至模擬齣某個特定場景下聲波的傳播路徑和強度變化。這不僅僅是物理學的理論，更像是一把解鎖海洋奧秘的鑰匙，讓我能夠“聽見”水下的世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書的題目《水中目標聲散射》讓我想到瞭一個非常有趣的科學實驗場景。如果我是一名海洋生物學傢，正在研究鯨魚和海豚是如何利用聲波進行交流和導航的，那麼這本書的理論基礎對我來說至關重要。我希望書中能夠解釋，為什麼不同大小和形態的海洋生物會對聲波産生不同的散射效應。比如，魚群密集的時候，它們作為一個整體，會如何散射聲波？而單獨一條大型魚類，它的聲散射特性又會是怎樣的？書中是否會討論，聲波的頻率對海洋生物的聲散射能力有何影響？低頻聲波是否更容易穿透水體，而高頻聲波則更容易被反射？我期待書中能夠提供一些關於如何利用聲散射信息來識彆不同海洋生物種類的可能性。是不是可以通過分析聲散射的頻率成分、強度衰減以及散射角度來區分鯨魚和海豚，甚至是不同種類的魚？這就像是用聲音的“迴聲”來描繪齣一幅動態的海洋生物圖譜，充滿瞭科學探索的魅力。