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目录
译者序0
丛书序0
第二版前言0
第一版前言0
第1章 海洋声学基础1
1.1 引言1
1.2 海洋声学环境2
1.3 声学预备知识8
1.3.1 声源与接收器8
1.3.2 能量、功率和声强9
1.3.3 有关的单位10
1.3.4 传播损失11
1.4 海洋中的声传播12
1.4.1 特定的传播路径12
1.4.2 深海13
1.4.3 浅海23
1.4.4 与距离有关的环境26
1.5 体积衰减28
1.5.1 平面波衰减28
1.5.2 海水中的衰减29
1.6 海底损失31
1.6.1 液体-液体界面32
1.6.2 液体-固体界面35
1.6.3 分层的液体半空间37
1.6.4 任意分层40
1.7 边界和体积散射41
1.7.1 海面散射42
1.7.2 海底散射43
1.7.3 体积散射44
1.8 环境噪声46
1.9 声传播模型49
问题50
参考文献51
第2章 波动传播理论54
2.1 波动方程54
2.1.1 非线性波动方程54
2.1.2 线性波动方程55
2.2 亥姆霍兹方程58
2.3 均匀介质59
2.3.1 坐标系60
2.3.2 无界介质中的声源61
2.3.3 有界介质中的声源63
2.3.4 液体半空间中的点源65
2.3.5 传播损失66
2.4 分层介质和波导67
2.4.1 积分变换法68
2.4.2 液体半空间中的声源70
2.4.3 反射与透射75
2.4.4 理想液体波导81
2.4.5 匹克利斯波导95
2.4.6 波导不变量107
2.5 深海波导111
2.5.1 精确解112
2.5.2 WKB解115
问题119
参考文献122
第3章 射线法123
3.1 引言123
3.2 射线折转123
3.3 数学推导125
3.3.1 程函方程的求解126
3.3.2 迁移方程的求解129
3.3.3 射线幅度和雅克比行列式131
3.3.4 初始条件132
3.3.5 强度计算133
3.4 声线异常138
3.4.1 焦散线和声影区138
3.4.2 射线解的适用范围141
3.5 高斯声束142
3.5.1 自由空间的高斯声束142
3.5.2 高斯束追踪145
3.6 其他数学特性146
3.6.1 射线方程的其他形式146
3.6.2 衰减的处理148
3.6.3 界面与边界150
3.6.4 弱界面和海洋声速的非连续性154
3.6.5 费马原理155
3.6.6 分层介质的简化156
3.6.7 Snell定律157
3.6.8 互易性158
3.7 数值算法159
3.7.1 直接积分160
3.7.2 单元法：n2线性近似164
3.7.3 单元法：c线性近似166
3.7.4 虚假焦散线和剖面内插168
3.7.5 寻求本征声线169
3.8 基本射线法的推广和相应的技术172
3.8.1 WKB法172
3.8.2 经过WKB近似的射线理论174
3.8.3 射线不变量和波导不变量175
3.8.4 射线声学的哈密尔顿公式178
3.8.5 三维射线追踪法179
问题182
参考文献183
第4章 波数积分法186
4.1 引言186
4.2 数学推导187
4.2.1 积分变换解188
4.2.2 均匀液体层188
4.2.3 n2线性液体层190
4.2.4 均匀弹性层191
4.2.5 边界条件193
4.2.6 衰减193
4.3 深度方程的数值解194
4.3.1 直接全局矩阵法195
4.3.2 传播函数矩阵法200
4.3.3 不变嵌入法203
4.4 反射系数205
4.5 波数积分法205
4.5.1 快速声场近似207
4.5.2 积分区间的截断207
4.5.3 波数离散化：混迭208
4.5.4 FFP：快速声场程序211
4.5.5 复围线积分213
4.5.6 快速汉克尔变换216
4.5.7 梯形法则积分法219
4.5.8 菲隆积分法221
4.5.9 自适应积分法222
4.6 频率积分法222
4.7 与距离有关的传播223
4.8 三维波数积分法224
4.9 分层海洋中的散射和混响226
4.9.1 目标散射226
4.9.2 粗糙界面混响228
4.9.3 各向异性体积散射231
4.10 数值例子234
4.10.1 具有弹性海底的波导235
4.10.2 Bucker波导237
4.10.3 波束反射和透射238
4.10.4 北极传播242
4.10.5 海底目标的散射和混响246
4.10.6 非均匀海底的体混响249
问题260
参考文献264
第5章 简正波法267
5.1 引言267
5.2 数学推导267
5.2.1 柱面几何结构中的点源267
5.2.2 平面几何结构中的线源269
5.3 格林函数的模式展开271
5.4 等声速问题272
5.5 一般推导276
5.6 深海问题：Munk剖面282
5.7 数值方法285
5.7.1 有限差分法286
5.7.2 分层法294
5.7.3 追赶法294
5.7.4 求根法296
5.7.5 数值算法的选择299
5.8 Prüfer变换与模式计算299
5.8.1 海面半空间301
5.8.2 海底半空间303
5.9 模式微扰理论303
5.9.1 模式传播损耗303
5.9.2 模式群速度307
5.10 弹性介质308
5.10.1 控制方程308
5.10.2 数值离散法310
5.10.3 打靶法和复合矩阵311
5.10.4 边界和界面条件313
5.10.5 数值例子315
5.11 环境与距离有关的简正波317
5.11.1 耦合模式318
5.11.2 单向耦合模式321
5.11.3 绝热近似321
5.11.4 暖核涡旋的例子324
5.12 波导中的目标散射326
5.12.1 散射的几何定义326
5.12.2 平面波散射函数327
5.12.3 波导中球目标散射328
5.12.4 非球目标散射332
5.13 三维变化环境下的简正波333
5.13.1 水平折射方程335
5.13.2 全球传播336
5.13.3 海山周围的三维模耦合338
5.14 波导不变量和实际环境中的频散345
5.14.1 波导不变量是可变的！347
5.14.2 距离有关的群速度和绝热简正波理论347
5.14.3 距离有关环境下的波导不变量350
问题354
参考文献357
第6章 抛物方程法361
6.1 引言361
6.2 抛物方程的推导361
6.2.1 标准PE推导362
6.2.2 广义PE推导363
6.2.3 平方根算符的展开364
6.2.4 相位误差和角度限制367
6.3 弹性抛物方程371
6.4 起始场373
6.4.1 数值初始条件373
6.4.2 解析自起始场376
6.4.3 声源的谱特性380
6.5 FFT解法384
6.5.1 分裂-步进傅里叶算法385
6.5.2 误差分析387
6.5.3 数值实现389
6.5.4 密度可变问题391
6.5.5 衰减392
6.6 有限差分和有限元解法392
6.6.1 水平界面上的声场方程393
6.6.2 IFD的公式表示395
6.6.3 误差分析397
6.6.4 数值实现398
6.7 抛物方程的能量守恒问题399
6.8 三维PE402
6.8.1 平方根算子的扩展402
6.9 数值例子404
6.9.1 波束的传播404
6.9.2 二维楔形海区中的传播406
6.9.3 越过海底山的传播407
6.9.4 在倾斜弹性海底传播407
6.9.5 三维楔形海区中的传播409
问题415
参考文献416
第7章 有限差分法和有限元法419
7.1 引言419
7.2 海洋声学环境420
7.3 有限差分法421
7.3.1 引言421
7.3.2 差分近似421
7.3.3 收敛性和稳定性423
7.3.4 波动方程424
7.4 有限元法430
7.4.1 引言430
7.4.2 数学推导431
7.4.3 声压波动方程434
7.4.4 弹性波波动方程442
7.4.5 流体-弹性耦合域444
7.4.6 稳态解445
7.4.7 完全匹配层446
7.4.8 时间递推447
7.5 边界元法449
7.5.1 引言449
7.5.2 边界积分方程450
7.5.3 边界元方程451
7.5.4 耦合域453
7.5.5 虚源概念456
7.6 数值例子459
7.6.1 北极冰结构的散射459
7.6.2 界面附近目标的散射464
问题474
参考文献475
第8章 宽带建模479
8.1 引言479
8.2 频域解的傅里叶合成法480
8.2.1 利用FFT进行计算480
8.2.2 复频率积分法483
8.3 时域解484
8.3.1 射线方法484
8.3.2 谱积分法485
8.3.3 抛物方程法487
8.4 波导中的多普勒频移489
8.4.1 波数积分表示法490
8.4.2 简正模表示法492
8.4.3 主动声纳的多普勒频移494
8.5 数值例子496
8.5.1 首波问题496
8.5.2 波导中的简正波频散498
8.5.3 三维楔形传播503
8.5.4 地震界面波505
8.5.5 深海传播510
8.5.6 有泄漏的表面声道传播512
8.5.7 冰层断裂声源515
问题517
参考文献519
第9章 环境噪声521
9.1 引言521
9.2 分层海洋中的海面噪声522
9.2.1 数学推导522
9.2.2 噪声源的空间分布524
9.2.3 波数积分表达式524
9.2.4 简正波表达式525
9.2.5 均匀半空间中的噪声527
9.2.6 分层介质中的噪声528
9.3 从噪声相关函数中提取时域格林函数534
9.3.1 时域格林函数535
9.3.2 噪声中出现的相干波前535
9.3.3 从噪声中提取波前的实际数据举例537
9.4 三维海洋中的海面噪声540
9.4.1 用绝热模式建立噪声模型541
9.4.2 三维环境中的模拟噪声场544
9.4.3 用抛物方程建立噪声模型546
9.4.4 下坡和深海盆地的噪声场547
问题551
参考文献551
第10章 噪声中的信号554
10.1 引言554
10.2 噪声中信号的能量关系554
10.2.1 阵增益554
10.2.2 声纳方程556
10.3 平面波波束形成561
10.3.1 线形波束形成561
10.3.2 自适应波束形成563
10.3.3 多重约束波束形成567
10.3.4 白噪声约束处理器567
10.4 时域处理569
10.4.1 等声速声场时延波束形成569
10.4.2 非等声速声场时延波束形成：转折点滤波器569
10.4.3 例：被动回声探测仪570
10.5 性能预测：建模，波束形成和声纳方程571
10.6 匹配场处理573
10.7 匹配场处理的模拟576
10.7.1 深度—距离匹配场处理576
10.7.2 三维匹配场处理585
10.8 矢量传感器波束形成590
10.9 合成信号与传感器激励593
10.9.1 随机信号与噪声模型593
10.9.2 快拍合成594
10.9.3 信号多变性594
10.9.4 噪声生成595
10.10 相位共轭与时间反转595
10.10.1 相位共轭/海洋中的TRM理论与模拟597
10.11 总结603
问题603
参考文献604
本书作者609
