具体描述
商品参数
| 浅海声学原理 | ||
| 定价 | 155.00 | |
| 出版社 | 电子工业出版社 | |
| 出版时间 | 2018年05月 | |
| 开本 | 16 | |
| 作者 | （俄罗斯）Boris Katsnelson（鲍里斯?卡茨内尔松）, Valery Petnikov（瓦莱里?佩提尼科夫）,（美）James Lynch（詹姆斯?林奇） | |
| 页数 | 584 | |
| ISBN编码 | 9787121340697 | |
内容介绍
本书由两名俄罗斯学者和一名美国学者合著，是一部涵盖浅海声学领域*新研究的quanwei性著作。主要内容包括：浅海海洋学、地质学中的声学特性；介质均匀分层、非均匀、非平稳及随机非均匀等浅海波导中的声传播理论、建模方法及海上试验实例；浅海中的低频海底混响、噪声场特性、建模与试验方法；与现代信号处理技术相结合的海底介质声学参数的多种反演方法，以及匹配场、模滤波、时间反转镜等浅海中的声定位技术。
目录
第1 章 什么是浅海声学 ........................................................................... 1
1.1 浅海与深海的区别 ....................................................................... 1
1.2 浅海声学的过去与现状 ............................................................... 4
1.3 浅海声学的未来 ......................................................................... 12
1.4 以往研究热点——回顾与更新 .................................................. 16
第2 章 沿岸海洋学、地质学和生物学 .................................................. 20
2.1 作为声波导的沿海 ..................................................................... 20
2.2 海水特性：沿深度分层及季节性变化 ...................................... 22
2.3 水平分层及其变化：锋面、涡旋、表面声道和风暴潮 .................. 27
2.4 海洋表面动力学：表面波 ......................................................... 36
2.5 海洋中的动力学过程：潮汐和内波 .......................................... 38
2.6 沿岸内波试验研究 ..................................................................... 48
2.7 沿岸地理学和地球物理学 ......................................................... 57
2.8 沉积层的声学特性 ..................................................................... 62
2.9 海底粗糙度 ................................................................................. 70
2.10 固态及多成分分层海底模型 ................................................... 73
2.11 沿岸生物的声学特性 ............................................................... 78
第3 章 声传播理论基础 ......................................................................... 87
3.1 吸收边界分层波导中的点源声场.............................................. 87
3.2 Pekeris 模型 ................................................................................ 94
3.3 扰动理论和WKB 法 ................................................................ 103
3.4 射线声场及射线-简正波关系 ................................................... 111
3.5 浅海局部非均匀波导中的模式耦合 ........................................ 121
3.6 浅海缓变非均匀波导中的模式耦合 ........................................ 126
3.7 浅海中的水平折射（三维问题） ............................................ 133
3.8 抛物方程 ................................................................................... 147
第4 章 解释波导传播特性的样例 ........................................................ 155
4.1 常见传播损失实例（含浅海声衰减的简化理论） ................ 155
4.2 固态、多成分、多孔弹性及分层海底模型的简化描述 ................ 167
4.3 *佳频率 ................................................................................... 172
4.4 声场的干涉结构和干涉不变量 ................................................ 176
4.5 浅海波导中声信号的频散 ....................................................... 182
4.6 波导中声场的平均表征 ........................................................... 192
第5 章 随机非均匀浅海中的声场 ........................................................ 203
5.1 不同种类随机非均匀的结构和模型 ........................................ 203
5.2 用相干和非相干分量描述随机声场 ........................................ 207
5.3 模间相互作用方程 ................................................................... 208
5.4 声强方程 ................................................................................... 214
5.5 扩散方程和平均衰减规律 ....................................................... 219
5.6 几个例子 ................................................................................... 223
5.7 出现本底内波时的声场起伏.................................................... 233
5.8 声强起伏的模型与统计特性.................................................... 241
第6 章 浅海中的低频海底混响 .............................................................. 250
6.1 海底对声波的后向散射 ........................................................... 250
6.2 规则波导中海底混响的模式理论 ............................................ 256
6.3 低频海底混响的数值仿真 ....................................................... 261
6.4 用扩展阵研究远程混响 ........................................................... 265
6.5 随机非均匀波导中的远程混响 ............................................... 271
第7 章 逆问题 ....................................................................................... 279
7.1 一般考虑：线性逆问题 ........................................................... 279
7.2 海底与海水对?q1 及求逆影响的比较 ...................................... 285
7.3 广义逆的解及误差，及来自科珀斯·克里斯蒂的例子 ................ 291
7.4 用多种数据类型反演非线性海底特性的范例 ........................ 299
7.5 宽带试验以及海底参数与频率的关系 .................................... 305
7.6 利用环境噪声源反演海底地声参数 ........................................ 314
第8 章 信号处理 ................................................................................... 321
8.1 数据处理技术的原理 ............................................................... 321
8.2 浅海中的匹配场处理 ............................................................... 329
8.3 浅海中声场的空间相干性和阵列信号增益 ............................ 340
8.4 模滤波 ....................................................................................... 349
8.5 浅海声场中的时间反转镜 ....................................................... 364
8.6 声学不确定性 ........................................................................... 374
第9 章 浅海噪声场 ............................................................................... 381
9.1 噪声源模型：一般方程 ........................................................... 381
9.2 波导中海面噪声源声场的连续谱和离散谱之间的关系 ................... 392
9.3 海底吸收系数的频率特性对噪声谱的影响 ............................ 396
9.4 声场垂直指向性及随机非均匀性的影响 ................................ 399
9.5 声速剖面对噪声强度垂直分布的影响 .................................... 410
第10 章 浅海声学设备和试验考虑事项 .............................................. 416
10.1 用于大尺度声学监测的频段 ................................................. 416
10.2 低频声源 ................................................................................. 418
10.3 声接收阵及大陆架上的大范围声学观测试验设计 ................. 432
第11 章 未来 ......................................................................................... 443
11.1 简介 ......................................................................................... 443
11.2 物理海洋学 ............................................................................. 443
11.3 海底声学特性 ......................................................................... 447
11.4 声传播理论和建模的新方向 .................................................. 449
11.5 与随机效应有关的物理现象 .................................................. 450
11.6 反演问题 ................................................................................. 451
11.7 信号处理 ................................................................................. 453
11.8 海洋学、声学设备和调查方法的*近和未来进展 .............. 455
附录A 波与信号 .................................................................................... 458
A.1 解析信号和波 .......................................................................... 458
A.2 表面波 ...................................................................................... 464
A.3 内波 .......................................................................................... 472
A.4 声波 .......................................................................................... 482
附录B 点源声场的模式分解（格林函数） ......................................... 488
附录C 模式耦合方程 .......................................................................... 496
附录D 经验正交函数 .......................................................................... 501
附录E 波导中的局部非均匀散射：整体描述 ....................................... 507
附录F 半空间中的平面波反射 ............................................................. 514
参考文献 ............................................................................................. 518
在线试读
译 者 序
我国黄海、渤海、东海的大部分海域，以及南海的近岸海域深度小于200 米，海底以大陆架为主，是世界上*宽的大陆架区之一。海域宽广，南北跨越温带、亚热带、热带等多个气候带，不同海域的水温分布差异大，同时受黑潮和沿岸流的影响，极易形成沿岸锋面、涡旋、内波，以及其他各种的海洋现象，构成了尺度大小不同的特殊海洋结构。海底沉积层则囊括了砂、粉砂、淤泥等多种类型。声波在这种典型的浅海环境中传播受海洋学、地质学影响严重。这些复杂的海洋环境既为我国科研人员提供了广阔的舞台，同时也对水声学的研究和应用带来了极大的困难。几十年来，我国科研人员围绕浅海中各种海洋及声学现象，开展了大量的理论及相应的试验研究，并取得了很多成果，针对浅海中感兴趣的声学专题也出版了少量文集。但是由于缺乏涵盖各学科、系统的浅海试验研究，使得针对浅海声学提出的诸多理论难以得到检验，在很大程度上制约了人们对各种浅海声学现象的认知，也限制了相关理论的应用与发展。
本书选自美国海军研究局赞助出版的水声学丛书。在本书原著出版之前，国际上有关浅海声学的第*部专著就是本书两位俄罗斯作者合著的《浅海声学》（俄语），后被译成英文。截至1995 年，该著作一直代表着浅海声学研究的*高水平。而本专著则是进一步汇集了俄、美两国在浅海声学领域的*新研究成果，无疑又是浅海声学之巨作。本书中译版的出版将弥补国内在浅海声学领域专著的空白，有助于促进我国浅海声学研究水平的提升。
我们认为原著有以下几个方面的特点：一是在内容上包括了物理海洋学、海底地质学、水声学、信号处理，以及试验方法与设备等，涵盖浅海水声所涉及的各个学科或领域；二是非常侧重对数学描述或试验结果的物理解释，对给出的理论大都附有相应的试验，或以理论解释试验现象，或通过试验结果印证理论及其假设条件；三是对许多理论在实际中的应用，提出了指导性的意见；四是从浅海声学的角度，对各相关学科、领域的发展指明了具体的方向。这些特点对于全面理解浅海声学的内涵，深入开展浅海声学研究是有益的。
全书共分11 章及6 个附录。其中，第1 章从海洋学和地质学等角度指出了浅海与深海之区别，基于作者对浅海的理解，给出了浅海的定义，特别强调了研究浅海声学的意义；以浅海声学发展的重大事件为线索，从理论工作、试验研究、模型和预报等方面，总结了浅海声学的过去，分析了研究现状，展望了发展趋势。第2 章关注与浅海声学密切相关的沿岸海洋学、地质学和生物学，对各种海洋现象的成因与规律、海底沉积层的结构与声学特征，以及海洋生物的声学特性进行了分析；介绍了部分常用的模型，是后续章节研究的环境基础。第3 章研究浅海声传播的基本理论，介绍了用扰动理论（PT）、WKB 法以及抛物方程三种近似方法求解声场波动方程的原理，重点讨论了简正波与射线的关系，以及非均匀波导中的模式耦合问题。第4 章通过多个浅海波导中声传播特性的研究实例，给出了海底的吸收损失模型与参数，进而分析了传播的*佳频率；展现了声场的干涉结构和声信号的频散现象，*后讨论了不规则波导中声强的变化规律。第5 章将问题由确定、非均匀介质转入随机非均匀介质浅海中的声传播问题，关注的重点是如何恰当地用随机介质特性来描述复杂、细致的海洋学现象，进而讨论在这些随机介质中的声传播和声散射问题，用模间和模内的耦合，解释了随机介质中的各种声传播起伏现象。第6 章研究浅海中的低频海底混响，以模式理论为基础，建立浅海低频海底混响模型；通过仿真和试验，讨论了海底后向散射系数的特性，展示了用模波束理论研究浅海远程混响的方法；同样，用模间耦合理论对远程混响的变化规律做出了解释。第7 章利用声学逆问题原理，研究了基于声强的水平或垂直干涉图、宽带信号的频域干涉图重构海底性质的问题，并对利用环境噪声反演海底地声参数的原理进行了讨论。第8 章研究与浅海声学相关、典型的水声信号处理方法，包括匹配场处理、模滤波、时间反转镜技术，以及不确定环境中的信号检测等。
第9 章讨论了浅海环境中的噪声场，主要是海面噪声的时空特性。第10章关注浅海声学试验以及在试验中需考虑的事项，重点关注低频声源的设计与性能、浅海试验中的声收发阵列，以及大陆架上大范围声学观测的试验系统等，为开展浅海声学试验提供了实用性的基础知识和实践经验。第11 章对浅海声学的未来做出展望。
在本书的翻译过程中，我们发现原著中不同章节在行文风格上有所不同，这可能与本书是由持两种语言且略带各自地方口语的三名作者用英文写就有关，故在语言色彩上难免各有特色，有些章节相对易于理解，有些章节则略带晦涩，用词较生僻，或略显粗糙，往往需经仔细推敲方能理解个中含义。另外，原著在编写（辑）过程中存在不少失误，我们在译文中对这些失误做了修正，并加注了脚注；对书中的部分彩色插图我们将其集中于全书的*后，以方便读者阅读。
本书适合于高年级本科生、研究生以及从事海洋声学等领域的科研和工程技术人员阅读。
本书第1～6 章由张亚蕾翻译，第7～11 章及附录由程广利翻译并负责全书统稿。张明敏教授负责全书的审定。汪利军为全书的图片处理、公式编辑与校核做了大量的工作，丛书编委会贲可荣教授、电子工业出版社的各级领导和编辑为本书的出版也付出了辛勤的劳动，在此一并表示我们诚挚的谢意。本书由于篇幅较大，内容涉及面广，加之原著为俄、美两国作者合著，因此在我们的翻译过程中，虽力求准确、忠于原著，但因水平、学识有限，错误和欠妥之处在所难免，恳请读者批评指正。
译 者
2017 年10 月
用户评价
我习惯于通过批判性的眼光来阅读专业书籍，尤其是那些声称覆盖了某一“原理”的著作。我关注的焦点通常在于作者如何处理那些“边界条件”和“系统误差”。在这本《浅海声学原理》中，我对它对“介质非均匀性”的描述印象尤为深刻。很多教材只是简单地提到梯度对声线的影响，但这本深入探讨了各种典型非均匀模型——从简单的线性梯度到更复杂的指数衰减模型——在不同频率下的表现差异。更难能可贵的是，作者似乎花了大量篇幅来讨论如何通过实验数据反演或校正这些非均匀性带来的声场失真，这表明作者在理论和实践之间搭建了一座坚实的桥梁。它不是高高在上的理论殿堂，而是充满了解决实际工程困境的智慧结晶，阅读过程让人感到踏实且充满启发。
评分对于长期在近海从事水下目标探测与定位工作的老兵来说，这本书的价值简直无可估量。我们日常工作中遇到的很多难题，比如复杂的混响抑制、信噪比优化，往往都与浅海多变的环境介质息息相关。市面上很多书要么只关注深海，要么就是过于偏重理论推导，缺乏对实际工程应用的指导性。而《浅海声学原理》在这方面做得非常出色，它没有回避浅海介质不均匀性带来的复杂性，反而将其作为重点来剖析。我个人最感兴趣的是其中关于海底地质结构对声场影响的章节，它用非常严谨的数学模型解释了为什么在某些海域声波衰减特别快，而在另一些海域又能传播得很远，这对于我们设计更高效的声呐系统提供了坚实的理论支撑。这本书更像是一本“操作手册”与“理论指南”的完美结合体，我打算组织我们小组的同事一起研读，统一一下对浅海声学特性的认识框架。
评分我是一名地理信息科学的研究生，主要侧重于海底地形测绘和声学侧扫声呐数据的解释。以往我更多关注的是几何光学层面的反射和绕射，对于声波在介质中的“物理”传播机制了解得比较肤浅。这本书的出现极大地拓宽了我的视野。它不仅仅是一本声学专著，某种程度上也像是一本高级的海洋环境物理学读物。它对声速剖面成因的介绍，例如海水的温度、压力和盐度如何共同作用决定声波的传播路径，以及这些参数如何随时间、深度和地理位置变化，都给出了详尽的物理图像。我感觉自己现在看声呐回波数据时，不仅仅是分析返回的时间和强度，还能更深层次地去理解造成这种特定声学特征的海洋物理基础，这对于提升我的多学科交叉研究能力非常有帮助。
评分这本《正版 浅海声学原理》简直是为我这种刚入门的海洋声学爱好者量身定做的教材。我前段时间在网上找了好几本入门级的书，但说实话，很多讲的都太晦涩了，充斥着大量我看不懂的公式和术语，读起来非常吃力。直到我接触到这本，简直像是拨开云雾见到了阳光。它对声波在浅海环境中的传播特性讲解得极其细致，特别是对声速剖面、海底边界条件这些核心概念的阐述，深入浅出，即便是我们这些非专业背景的人也能很快抓住重点。我特别欣赏作者在介绍理论的同时，穿插了大量的实际案例和模拟图，让我能直观地理解那些抽象的物理现象，比如多路径效应和浅海波导效应，感觉不再是干巴巴的理论堆砌，而是真正能解决实际问题的工具书。我已经把它列为我近期案头的必备参考书了，打算好好啃一遍，对提升我对海洋声学基础理论的认识大有裨益。
评分说实话，一开始我对这个领域的书抱有很大的疑虑，因为“浅海声学”这个方向的研究往往充满了不确定性，环境的瞬时变化快，模型假设很难成立。但是翻阅这本书后，我的顾虑基本打消了。作者对待“介质均匀”和“非均匀”的处理方式非常成熟和辩证。他没有一味地去追求完美地描述非均匀性——因为那是几乎不可能的——而是先建立了清晰的均匀介质基准模型，然后逐步引入非均匀因素，如温度梯度、盐度梯度以及不断变化的海底形态带来的影响。这种层层递进的结构，让读者能够清晰地看到每增加一个复杂因素后，声场会发生怎样的量级变化。尤其是他对“近似”方法的讨论，非常坦诚，指出了每种简化模型的适用范围和局限性，这对于科研工作者来说至关重要，避免了盲目套用模型带来的错误结论。这体现了作者深厚的学术功力和对实际问题的深刻洞察。
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