具体描述
商品參數
| 淺海聲學原理 | ||
| 定價 | 155.00 | |
| 齣版社 | 電子工業齣版社 | |
| 齣版時間 | 2018年05月 | |
| 開本 | 16 | |
| 作者 | （俄羅斯）Boris Katsnelson（鮑裏斯?卡茨內爾鬆）, Valery Petnikov（瓦萊裏?佩提尼科夫）,（美）James Lynch（詹姆斯?林奇） | |
| 頁數 | 584 | |
| ISBN編碼 | 9787121340697 | |
內容介紹
本書由兩名俄羅斯學者和一名美國學者閤著，是一部涵蓋淺海聲學領域*新研究的quanwei性著作。主要內容包括：淺海海洋學、地質學中的聲學特性；介質均勻分層、非均勻、非平穩及隨機非均勻等淺海波導中的聲傳播理論、建模方法及海上試驗實例；淺海中的低頻海底混響、噪聲場特性、建模與試驗方法；與現代信號處理技術相結閤的海底介質聲學參數的多種反演方法，以及匹配場、模濾波、時間反轉鏡等淺海中的聲定位技術。
目錄
第1 章 什麼是淺海聲學 ........................................................................... 1
1.1 淺海與深海的區彆 ....................................................................... 1
1.2 淺海聲學的過去與現狀 ............................................................... 4
1.3 淺海聲學的未來 ......................................................................... 12
1.4 以往研究熱點——迴顧與更新 .................................................. 16
第2 章 沿岸海洋學、地質學和生物學 .................................................. 20
2.1 作為聲波導的沿海 ..................................................................... 20
2.2 海水特性：沿深度分層及季節性變化 ...................................... 22
2.3 水平分層及其變化：鋒麵、渦鏇、錶麵聲道和風暴潮 .................. 27
2.4 海洋錶麵動力學：錶麵波 ......................................................... 36
2.5 海洋中的動力學過程：潮汐和內波 .......................................... 38
2.6 沿岸內波試驗研究 ..................................................................... 48
2.7 沿岸地理學和地球物理學 ......................................................... 57
2.8 沉積層的聲學特性 ..................................................................... 62
2.9 海底粗糙度 ................................................................................. 70
2.10 固態及多成分分層海底模型 ................................................... 73
2.11 沿岸生物的聲學特性 ............................................................... 78
第3 章 聲傳播理論基礎 ......................................................................... 87
3.1 吸收邊界分層波導中的點源聲場.............................................. 87
3.2 Pekeris 模型 ................................................................................ 94
3.3 擾動理論和WKB 法 ................................................................ 103
3.4 射綫聲場及射綫-簡正波關係 ................................................... 111
3.5 淺海局部非均勻波導中的模式耦閤 ........................................ 121
3.6 淺海緩變非均勻波導中的模式耦閤 ........................................ 126
3.7 淺海中的水平摺射（三維問題） ............................................ 133
3.8 拋物方程 ................................................................................... 147
第4 章 解釋波導傳播特性的樣例 ........................................................ 155
4.1 常見傳播損失實例（含淺海聲衰減的簡化理論） ................ 155
4.2 固態、多成分、多孔彈性及分層海底模型的簡化描述 ................ 167
4.3 *佳頻率 ................................................................................... 172
4.4 聲場的乾涉結構和乾涉不變量 ................................................ 176
4.5 淺海波導中聲信號的頻散 ....................................................... 182
4.6 波導中聲場的平均錶徵 ........................................................... 192
第5 章 隨機非均勻淺海中的聲場 ........................................................ 203
5.1 不同種類隨機非均勻的結構和模型 ........................................ 203
5.2 用相乾和非相乾分量描述隨機聲場 ........................................ 207
5.3 模間相互作用方程 ................................................................... 208
5.4 聲強方程 ................................................................................... 214
5.5 擴散方程和平均衰減規律 ....................................................... 219
5.6 幾個例子 ................................................................................... 223
5.7 齣現本底內波時的聲場起伏.................................................... 233
5.8 聲強起伏的模型與統計特性.................................................... 241
第6 章 淺海中的低頻海底混響 .............................................................. 250
6.1 海底對聲波的後嚮散射 ........................................................... 250
6.2 規則波導中海底混響的模式理論 ............................................ 256
6.3 低頻海底混響的數值仿真 ....................................................... 261
6.4 用擴展陣研究遠程混響 ........................................................... 265
6.5 隨機非均勻波導中的遠程混響 ............................................... 271
第7 章 逆問題 ....................................................................................... 279
7.1 一般考慮：綫性逆問題 ........................................................... 279
7.2 海底與海水對?q1 及求逆影響的比較 ...................................... 285
7.3 廣義逆的解及誤差，及來自科珀斯·剋裏斯蒂的例子 ................ 291
7.4 用多種數據類型反演非綫性海底特性的範例 ........................ 299
7.5 寬帶試驗以及海底參數與頻率的關係 .................................... 305
7.6 利用環境噪聲源反演海底地聲參數 ........................................ 314
第8 章 信號處理 ................................................................................... 321
8.1 數據處理技術的原理 ............................................................... 321
8.2 淺海中的匹配場處理 ............................................................... 329
8.3 淺海中聲場的空間相乾性和陣列信號增益 ............................ 340
8.4 模濾波 ....................................................................................... 349
8.5 淺海聲場中的時間反轉鏡 ....................................................... 364
8.6 聲學不確定性 ........................................................................... 374
第9 章 淺海噪聲場 ............................................................................... 381
9.1 噪聲源模型：一般方程 ........................................................... 381
9.2 波導中海麵噪聲源聲場的連續譜和離散譜之間的關係 ................... 392
9.3 海底吸收係數的頻率特性對噪聲譜的影響 ............................ 396
9.4 聲場垂直指嚮性及隨機非均勻性的影響 ................................ 399
9.5 聲速剖麵對噪聲強度垂直分布的影響 .................................... 410
第10 章 淺海聲學設備和試驗考慮事項 .............................................. 416
10.1 用於大尺度聲學監測的頻段 ................................................. 416
10.2 低頻聲源 ................................................................................. 418
10.3 聲接收陣及大陸架上的大範圍聲學觀測試驗設計 ................. 432
第11 章 未來 ......................................................................................... 443
11.1 簡介 ......................................................................................... 443
11.2 物理海洋學 ............................................................................. 443
11.3 海底聲學特性 ......................................................................... 447
11.4 聲傳播理論和建模的新方嚮 .................................................. 449
11.5 與隨機效應有關的物理現象 .................................................. 450
11.6 反演問題 ................................................................................. 451
11.7 信號處理 ................................................................................. 453
11.8 海洋學、聲學設備和調查方法的*近和未來進展 .............. 455
附錄A 波與信號 .................................................................................... 458
A.1 解析信號和波 .......................................................................... 458
A.2 錶麵波 ...................................................................................... 464
A.3 內波 .......................................................................................... 472
A.4 聲波 .......................................................................................... 482
附錄B 點源聲場的模式分解（格林函數） ......................................... 488
附錄C 模式耦閤方程 .......................................................................... 496
附錄D 經驗正交函數 .......................................................................... 501
附錄E 波導中的局部非均勻散射：整體描述 ....................................... 507
附錄F 半空間中的平麵波反射 ............................................................. 514
參考文獻 ............................................................................................. 518
在綫試讀
譯 者 序
我國黃海、渤海、東海的大部分海域，以及南海的近岸海域深度小於200 米，海底以大陸架為主，是世界上*寬的大陸架區之一。海域寬廣，南北跨越溫帶、亞熱帶、熱帶等多個氣候帶，不同海域的水溫分布差異大，同時受黑潮和沿岸流的影響，極易形成沿岸鋒麵、渦鏇、內波，以及其他各種的海洋現象，構成瞭尺度大小不同的特殊海洋結構。海底沉積層則囊括瞭砂、粉砂、淤泥等多種類型。聲波在這種典型的淺海環境中傳播受海洋學、地質學影響嚴重。這些復雜的海洋環境既為我國科研人員提供瞭廣闊的舞颱，同時也對水聲學的研究和應用帶來瞭極大的睏難。幾十年來，我國科研人員圍繞淺海中各種海洋及聲學現象，開展瞭大量的理論及相應的試驗研究，並取得瞭很多成果，針對淺海中感興趣的聲學專題也齣版瞭少量文集。但是由於缺乏涵蓋各學科、係統的淺海試驗研究，使得針對淺海聲學提齣的諸多理論難以得到檢驗，在很大程度上製約瞭人們對各種淺海聲學現象的認知，也限製瞭相關理論的應用與發展。
本書選自美國海軍研究局贊助齣版的水聲學叢書。在本書原著齣版之前，國際上有關淺海聲學的第*部專著就是本書兩位俄羅斯作者閤著的《淺海聲學》（俄語），後被譯成英文。截至1995 年，該著作一直代錶著淺海聲學研究的*高水平。而本專著則是進一步匯集瞭俄、美兩國在淺海聲學領域的*新研究成果，無疑又是淺海聲學之巨作。本書中譯版的齣版將彌補國內在淺海聲學領域專著的空白，有助於促進我國淺海聲學研究水平的提升。
我們認為原著有以下幾個方麵的特點：一是在內容上包括瞭物理海洋學、海底地質學、水聲學、信號處理，以及試驗方法與設備等，涵蓋淺海水聲所涉及的各個學科或領域；二是非常側重對數學描述或試驗結果的物理解釋，對給齣的理論大都附有相應的試驗，或以理論解釋試驗現象，或通過試驗結果印證理論及其假設條件；三是對許多理論在實際中的應用，提齣瞭指導性的意見；四是從淺海聲學的角度，對各相關學科、領域的發展指明瞭具體的方嚮。這些特點對於全麵理解淺海聲學的內涵，深入開展淺海聲學研究是有益的。
全書共分11 章及6 個附錄。其中，第1 章從海洋學和地質學等角度指齣瞭淺海與深海之區彆，基於作者對淺海的理解，給齣瞭淺海的定義，特彆強調瞭研究淺海聲學的意義；以淺海聲學發展的重大事件為綫索，從理論工作、試驗研究、模型和預報等方麵，總結瞭淺海聲學的過去，分析瞭研究現狀，展望瞭發展趨勢。第2 章關注與淺海聲學密切相關的沿岸海洋學、地質學和生物學，對各種海洋現象的成因與規律、海底沉積層的結構與聲學特徵，以及海洋生物的聲學特性進行瞭分析；介紹瞭部分常用的模型，是後續章節研究的環境基礎。第3 章研究淺海聲傳播的基本理論，介紹瞭用擾動理論（PT）、WKB 法以及拋物方程三種近似方法求解聲場波動方程的原理，重點討論瞭簡正波與射綫的關係，以及非均勻波導中的模式耦閤問題。第4 章通過多個淺海波導中聲傳播特性的研究實例，給齣瞭海底的吸收損失模型與參數，進而分析瞭傳播的*佳頻率；展現瞭聲場的乾涉結構和聲信號的頻散現象，*後討論瞭不規則波導中聲強的變化規律。第5 章將問題由確定、非均勻介質轉入隨機非均勻介質淺海中的聲傳播問題，關注的重點是如何恰當地用隨機介質特性來描述復雜、細緻的海洋學現象，進而討論在這些隨機介質中的聲傳播和聲散射問題，用模間和模內的耦閤，解釋瞭隨機介質中的各種聲傳播起伏現象。第6 章研究淺海中的低頻海底混響，以模式理論為基礎，建立淺海低頻海底混響模型；通過仿真和試驗，討論瞭海底後嚮散射係數的特性，展示瞭用模波束理論研究淺海遠程混響的方法；同樣，用模間耦閤理論對遠程混響的變化規律做齣瞭解釋。第7 章利用聲學逆問題原理，研究瞭基於聲強的水平或垂直乾涉圖、寬帶信號的頻域乾涉圖重構海底性質的問題，並對利用環境噪聲反演海底地聲參數的原理進行瞭討論。第8 章研究與淺海聲學相關、典型的水聲信號處理方法，包括匹配場處理、模濾波、時間反轉鏡技術，以及不確定環境中的信號檢測等。
第9 章討論瞭淺海環境中的噪聲場，主要是海麵噪聲的時空特性。第10章關注淺海聲學試驗以及在試驗中需考慮的事項，重點關注低頻聲源的設計與性能、淺海試驗中的聲收發陣列，以及大陸架上大範圍聲學觀測的試驗係統等，為開展淺海聲學試驗提供瞭實用性的基礎知識和實踐經驗。第11 章對淺海聲學的未來做齣展望。
在本書的翻譯過程中，我們發現原著中不同章節在行文風格上有所不同，這可能與本書是由持兩種語言且略帶各自地方口語的三名作者用英文寫就有關，故在語言色彩上難免各有特色，有些章節相對易於理解，有些章節則略帶晦澀，用詞較生僻，或略顯粗糙，往往需經仔細推敲方能理解個中含義。另外，原著在編寫（輯）過程中存在不少失誤，我們在譯文中對這些失誤做瞭修正，並加注瞭腳注；對書中的部分彩色插圖我們將其集中於全書的*後，以方便讀者閱讀。
本書適閤於高年級本科生、研究生以及從事海洋聲學等領域的科研和工程技術人員閱讀。
本書第1～6 章由張亞蕾翻譯，第7～11 章及附錄由程廣利翻譯並負責全書統稿。張明敏教授負責全書的審定。汪利軍為全書的圖片處理、公式編輯與校核做瞭大量的工作，叢書編委會賁可榮教授、電子工業齣版社的各級領導和編輯為本書的齣版也付齣瞭辛勤的勞動，在此一並錶示我們誠摯的謝意。本書由於篇幅較大，內容涉及麵廣，加之原著為俄、美兩國作者閤著，因此在我們的翻譯過程中，雖力求準確、忠於原著，但因水平、學識有限，錯誤和欠妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。
譯 者
2017 年10 月
用户评价
我是一名地理信息科學的研究生，主要側重於海底地形測繪和聲學側掃聲呐數據的解釋。以往我更多關注的是幾何光學層麵的反射和繞射，對於聲波在介質中的“物理”傳播機製瞭解得比較膚淺。這本書的齣現極大地拓寬瞭我的視野。它不僅僅是一本聲學專著，某種程度上也像是一本高級的海洋環境物理學讀物。它對聲速剖麵成因的介紹，例如海水的溫度、壓力和鹽度如何共同作用決定聲波的傳播路徑，以及這些參數如何隨時間、深度和地理位置變化，都給齣瞭詳盡的物理圖像。我感覺自己現在看聲呐迴波數據時，不僅僅是分析返迴的時間和強度，還能更深層次地去理解造成這種特定聲學特徵的海洋物理基礎，這對於提升我的多學科交叉研究能力非常有幫助。
评分對於長期在近海從事水下目標探測與定位工作的老兵來說，這本書的價值簡直無可估量。我們日常工作中遇到的很多難題，比如復雜的混響抑製、信噪比優化，往往都與淺海多變的環境介質息息相關。市麵上很多書要麼隻關注深海，要麼就是過於偏重理論推導，缺乏對實際工程應用的指導性。而《淺海聲學原理》在這方麵做得非常齣色，它沒有迴避淺海介質不均勻性帶來的復雜性，反而將其作為重點來剖析。我個人最感興趣的是其中關於海底地質結構對聲場影響的章節，它用非常嚴謹的數學模型解釋瞭為什麼在某些海域聲波衰減特彆快，而在另一些海域又能傳播得很遠，這對於我們設計更高效的聲呐係統提供瞭堅實的理論支撐。這本書更像是一本“操作手冊”與“理論指南”的完美結閤體，我打算組織我們小組的同事一起研讀，統一一下對淺海聲學特性的認識框架。
评分說實話，一開始我對這個領域的書抱有很大的疑慮，因為“淺海聲學”這個方嚮的研究往往充滿瞭不確定性，環境的瞬時變化快，模型假設很難成立。但是翻閱這本書後，我的顧慮基本打消瞭。作者對待“介質均勻”和“非均勻”的處理方式非常成熟和辯證。他沒有一味地去追求完美地描述非均勻性——因為那是幾乎不可能的——而是先建立瞭清晰的均勻介質基準模型，然後逐步引入非均勻因素，如溫度梯度、鹽度梯度以及不斷變化的海底形態帶來的影響。這種層層遞進的結構，讓讀者能夠清晰地看到每增加一個復雜因素後，聲場會發生怎樣的量級變化。尤其是他對“近似”方法的討論，非常坦誠，指齣瞭每種簡化模型的適用範圍和局限性，這對於科研工作者來說至關重要，避免瞭盲目套用模型帶來的錯誤結論。這體現瞭作者深厚的學術功力和對實際問題的深刻洞察。
评分我習慣於通過批判性的眼光來閱讀專業書籍，尤其是那些聲稱覆蓋瞭某一“原理”的著作。我關注的焦點通常在於作者如何處理那些“邊界條件”和“係統誤差”。在這本《淺海聲學原理》中，我對它對“介質非均勻性”的描述印象尤為深刻。很多教材隻是簡單地提到梯度對聲綫的影響，但這本深入探討瞭各種典型非均勻模型——從簡單的綫性梯度到更復雜的指數衰減模型——在不同頻率下的錶現差異。更難能可貴的是，作者似乎花瞭大量篇幅來討論如何通過實驗數據反演或校正這些非均勻性帶來的聲場失真，這錶明作者在理論和實踐之間搭建瞭一座堅實的橋梁。它不是高高在上的理論殿堂，而是充滿瞭解決實際工程睏境的智慧結晶，閱讀過程讓人感到踏實且充滿啓發。
评分這本《正版 淺海聲學原理》簡直是為我這種剛入門的海洋聲學愛好者量身定做的教材。我前段時間在網上找瞭好幾本入門級的書，但說實話，很多講的都太晦澀瞭，充斥著大量我看不懂的公式和術語，讀起來非常吃力。直到我接觸到這本，簡直像是撥開雲霧見到瞭陽光。它對聲波在淺海環境中的傳播特性講解得極其細緻，特彆是對聲速剖麵、海底邊界條件這些核心概念的闡述，深入淺齣，即便是我們這些非專業背景的人也能很快抓住重點。我特彆欣賞作者在介紹理論的同時，穿插瞭大量的實際案例和模擬圖，讓我能直觀地理解那些抽象的物理現象，比如多路徑效應和淺海波導效應，感覺不再是乾巴巴的理論堆砌，而是真正能解決實際問題的工具書。我已經把它列為我近期案頭的必備參考書瞭，打算好好啃一遍，對提升我對海洋聲學基礎理論的認識大有裨益。
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