深海声学与探测技术

"1.深海海洋环境与陆地上的地形地貌和大气环境一样复杂多变，研究深海中的声学问题与探测技术颇具重要意义。 2.本书填补了我国国内还没有专门讨论有关深海声学与探测技术专著的空白。 3.著作专门针对深海声学与探测技术问题，重点强调声学反演与探测相关的理念，力求深入浅出，内容全面但不失专业性。 4.著作为我国走出浅海、走向深海的海上战略空间“两洋一海”（我国南海、西太平洋和印度洋）深海区科研工作，提供了颇有价值的指导和参考。 "

本书较为系统地介绍了深海声学与探测技术的相关思想、原理和方法。全书共分9章，包括深海环境的复杂性、深海声传播理论、典型深海环境声传播现象、深海环境声学反演方法、深海探测中环境噪声和混响干扰、深海声学探测方法与技术、深海声学实验技术和设备等诸多方面。本书重点强调声学反演与探测相关的理念，力求叙述深入浅出。 

李整林，中国科学院声学研究所研究员，声场声信息国家重点实验室副主任，中国声学学会水声学分会副主任。

第1章绪论1
1.1深海声学与探测技术简介3
1.2深海声学与探测技术国内外发展现状5
1.2.1声传播理论与计算模型研究现状5
1.2.2深海声传播与环境参数反演研究现状7
1.2.3深海水下目标定位研究现状10
1.3声呐方程11
参考文献12
第2章深海环境15
2.1典型深海声道17
2.1.1深海声道17
2.1.2表面声道19
2.1.3接近/不接近声道21
2.2深海水平非均匀性22
2.2.1海洋内波22
2.2.2中尺度涡23
2.2.3海洋锋面25
2.3深海地形27
2.3.1深海平原28
2.3.2海底斜坡29
2.3.3海底山29
2.3.4海沟32
2.4深海海底特性33
2.4.1底质类型33
2.4.2海底沉积层的声学参数36
参考文献37
第3章深海声传播理论39
3.1射线理论41
3.1.1基本理论41
3.1.2高斯射线束理论43
3.2简正波理论45
3.2.1基本理论46
3.2.2水平不变海洋声道中的WKBZ简正波方法47
3.2.3水平缓变海洋声道中的WKBZ绝热简正波理论53
3.3抛物方程理论57
3.4混合声场计算模型59
3.4.1基于WKBZ理论的耦合简正波抛物方程理论59
3.4.2三维耦合简正波抛物方程理论63
3.4.3三维绝热简正波抛物方程理论65
参考文献71
第4章典型深海环境下声传播现象73
4.1深海远程声传播75
4.1.1北太平洋远程声传播75
4.1.2西太平洋远程声传播79
4.2深海斜坡环境声传播84
4.2.1大陆坡向深海声传播84
4.2.2深海斜坡环境声传播87
4.3海底山环境声传播92
4.4跨海沟声传播96
4.5中尺度涡环境下声传播98
4.6深海声场空间相关特性102
4.6.1声场空间相关与声呐时空增益102
4.6.2会聚区声场水平纵向相关104
4.6.3直达声区声场水平纵向相关106
4.6.4声影区声场水平纵向相关108
4.6.5深海声场垂直相关特性111
参考文献113
第5章深海环境声学反演115
5.1海洋声学反演概述117
5.2深海声层析119
5.2.1基于海底水平阵列的海洋声层析方法120
5.2.2基于海洋环境噪声的被动声层析方法126
5.2.3深海最严经验模态声层析方法128
5.3深海海底参数声学反演133
5.3.1海底参数模型及其敏感性分析134
5.3.2多物理量联合参数反演方法138
5.3.3深海海底参数声学反演141
参考文献145
第6章深海探测中的背景干扰147
6.1深海环境噪声149
6.1.1海洋环境噪声源经验公式150
6.1.2海洋环境噪声模型152
6.1.3台风过程海洋环境噪声159
6.2深海混响162
6.2.1海洋混响基本概念162
6.2.2海洋混响模型164
6.2.3深海混响实验结果170
参考文献172
第7章深海水下目标声学探测技术175
7.1深海直达声区水下目标定位177
7.1.1深海直达声区声传播特性177
7.1.2深海直达声区到达结构分析178
7.1.3多途到达时延与水下声源距离估计方法180
7.1.4利用多途到达结构的水下声源距离深度联合估计方法182
7.1.5基于大深度矢量水听器的近水面声源定位方法189
7.2声影区与深海海底反射模式195
7.2.1海底反射模式适用的水文条件195
7.2.2声呐接收指向性对深海探测性能的影响199
7.2.3海底反射模式的波束角度201
7.2.4陷获率及海底反射模式适用性202
7.3基于海底反射模式多途到达信息的目标探测技术204
7.3.1海底反射模式下多途时间到达结构与目标定位方法205
7.3.2深海海底反射声区的声线到达方位及偏差修正207
7.4基于海底反射模式干涉结构的深海目标探测技术215
7.4.1海底反射声区声场干涉结构及其与目标位置的关系216
7.4.2利用深海干涉结构的近水面声源被动测距方法221
7.4.3深海反射区干涉结构定位实验结果223
7.5基于机器学习的深海水声被动定位方法228
7.5.1基于声场干涉结构的深海直达声区声源定位228
7.5.2基于单阵元自相关函数的深海直达声区声源定位方法233
7.5.3基于垂直阵列的多任务卷积网络定位方法238
参考文献243
第8章深海声学实验技术及设备245
8.1深海声学实验概述247
8.2深海大深度声学接收系统248
8.2.1深水自容式水声信号记录仪249
8.2.2深水自容式水声与水文同步记录仪251
8.2.3深水USR在滑翔机上的应用251
8.3深海大深度声学发射潜标257
参考文献260
第9章深海声学与探测技术展望263
9.1深海声学机理的深入掌握265
9.2深海探测技术的全面提升266
参考文献268