Reverberation--reflection Of Sound From Submarine And Surface Vessels pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Routledge

作者:Gerjuoy, E. (EDT)/ Yaspan, A. (EDT)/ Major, K. (EDT)

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:

价格:194

装帧:HRD

isbn号码:9780677019000

丛书系列:

图书标签:

声学
水下声学
舰船噪声
声反射
信号处理
海洋工程
水声探测
噪声控制
声学测量
海底声学

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具体描述

寂静之洋：深海声学与水下环境探索本书简介在浩瀚无垠的海洋深处，声波是连接世界的桥梁，是探寻未知领域的核心工具。本书《寂静之洋：深海声学与水下环境探索》并非关于特定船只反射特性的研究，而是聚焦于水下声传播的复杂物理机制、现代声学探测技术在海洋科学中的应用，以及如何在充满挑战性的海洋环境中进行有效的声学信息获取与解析。海洋是一个动态、多变的介质。温度、盐度、压力构成的水柱梯度，如同一个复杂的透镜系统，不断地重塑着声波的路径与强度。本书系统地阐述了这些环境因素如何共同作用，形成了我们观察到的水下声场。从浅海的混响效应到深海的声道（SOFAR Channel）现象，我们深入探讨了声波在不同深度、不同水文条件下的传播规律，为理解海洋声学图景奠定了坚实的理论基础。第一部分：水下声传播的物理基础本书开篇即详细解析了声波在海水中的基本运动规律。海水的声速（Sound Speed）是决定声传播特性的首要参数。我们不仅介绍了影响声速的三个主要因素——温度、盐度和深度，还引入了如UNESCO方程等精确计算水下声速剖面的数学模型。理解这些模型，对于任何从事水下声学工作的人员都是至关重要的第一步。随后，章节深入探讨了水下声传播的几何光学模型与波动光学模型。在简单的近场传播中，几何光学模型（射线追踪法）能有效地预测声线的走向，解释折射、全反射和绕射等现象。然而，当地面或水面存在复杂边界，或者在传播距离极远时，波动理论的优势便显现出来。本书详细介绍了菲涅耳（Fresnel）波带理论，以及傅里叶变换在声场合成中的应用，从而揭示了声波干涉和叠加的复杂过程。海面与海底的相互作用：海面和海底并非简单的反射屏障，它们是声能的重要散射源和吸收源。我们对海面粗糙度的建模采用了诸如傅孝清（Fuchs-Thomson）模型等先进方法，用以量化风浪对声波散射的影响。对于海底，本书区分了硬质基岩、软泥质沉积物和多孔介质等不同类型，并应用了如费舍尔-谢夫（Fisher-Scheffy）模型来预测声波在底界面的吸收、反射和透射系数。这些参数的精确估计，直接关系到水下探测的有效范围和信噪比。第二部分：水下声场的噪声与混响任何实用的声学系统都必须应对背景噪声的挑战。本书将水下噪声源分为人为（Anthropogenic）噪声和自然（Natural）噪声两大类。自然噪声的剖析：自然噪声是海洋声学环境的固有特征。我们详细分析了由风驱动的海浪引起的“白噪声”（Wenz谱中的高频部分），以及由远方风暴、地震活动和生物活动（如鲸鱼、虾群的鸣叫与碰撞）产生的特定频率噪声。对于深海的低频环境，本书着重介绍了海底地质活动和远洋天气系统产生的背景声场特征。混响现象的精细分析：混响（Reverberation）是声波在传播过程中与水体中的悬浮颗粒、密度不均匀层以及边界发生多次散射后返回的信号。与单一的反射波不同，混响是一个连续的、衰减的信号场。本书区分了侧向混响（Lateral Reverberation）、前向散射混响和底部混响。特别地，对于底混响的研究，我们采用了先进的统计模型来描述散射点的随机分布及其对信号包络的影响，这对于近海底的精确测量至关重要。第三部分：现代水下声学探测与成像技术理解了声传播的理论后，本书将焦点转向如何利用这些知识来获取有用的水下信息。本书重点介绍了主动声学系统（如声呐）和被动声学系统（如水听器阵列）的原理与应用。主动声呐系统：声呐系统是水下探测的核心。本书系统介绍了脉冲式声呐、调频连续波（FMCW）声呐的工作原理，以及信号处理中的关键技术，如匹配滤波、相干积累和多普勒处理。我们探讨了合成孔径声呐（SAR）和逆合成孔径声呐（ISAR）如何通过系统运动或目标运动来提高分辨率，从而实现对水下复杂目标的精细成像。在目标识别方面，本书深入剖析了目标特征提取，特别是目标散射截面（RCS）在不同入射角和频率下的变化规律。被动声学监测与定位：被动声学依赖于接收环境中自然或人为产生的噪声。本书详细阐述了水听器阵列处理（Array Processing）技术，包括延迟求和（Delay-and-Sum）波束形成、自适应波束形成（如Minimum Variance Distortionless Response, MVDR），以及子空间方法（如MUSIC、ESPRIT）在水下目标定位中的应用。这些技术对于水下环境的长期监测、海洋哺乳动物的追踪和非法水下活动（如非法倾倒或未经许可的潜航器活动）的侦测具有不可替代的作用。第四部分：水下声学在海洋科学中的前沿应用本书的最后部分，将理论与技术应用于实际的海洋科学研究中。海洋环境要素的声学测量：利用声学技术精确测量水温、盐度和流速已成为现代海洋学的一个重要分支。本书介绍了声学多普勒流速剖面仪（ADCP）的工作原理，以及如何利用声速剖面的变化来反演热盐结构。此外，本书还探讨了利用海洋声学层析成像（Ocean Acoustic Tomography, OAT）技术，通过测量声波在远距离传播时的群速和走时变化，来宏观地监测大洋中尺度涡流和深层环流的结构。深海地质与生物声学：在海底探测方面，本书讨论了高频侧扫声呐和浅层剖面仪在绘制海底地形地貌、识别沉积物类型和勘测水下管线方面的应用。在生物声学领域，我们研究了如何利用声学特征来量化浮游生物群落的生物量、区分不同物种的活动模式，并评估这些生物活动对水下声传播环境的动态影响。通过对这些复杂主题的全面梳理，《寂静之洋：深海声学与水下环境探索》旨在为海洋工程、海洋科学、声学研究及相关领域的研究人员、工程师和决策者提供一个深入、系统且具有高度实践指导意义的参考指南，使读者能够更好地理解和驾驭水下声学的广阔领域。