本书着重从声场分析的观点，系统地论述近代水声学的基础理论。全书共分十二章。第一章简述水声场的信息结构，并建立声呐方程；第二章简述作为水声信道的海洋介质的某些特性；第三章讨论水声场的基本概念及理论方法，并较详细地讨论简正波与射线之间的变换问题；第四、五章对典型声场作理论分析，在浅海声场的分析中，使用边界反射损失的“三参数”模型，用“过渡距离”的分析方法讨论平均场强结构，并用简正波理论分析深海声场中的“反转点会聚区气第六章讨论海洋中的背景场，介绍由传播算子构成噪声场时空相关函数的理论，并讨论、浅海远程混响问题；第七、八、九章讨论目标源的特性，信号场的散射与起伏，声场数值预报与信道匹配问题；第十、十一章讨论水声信号处理问题，着重介绍声场的最佳时空处理问题，并对近代水声探测系统作了简介；第十二章讨论水声换能器中的一些重要问题，包括结构体特别是弯张换能器的振动分析、声阵及测量技术等问题。
本书的第一版出版于1981年，距今已有三十多年了这期间水声学的研究有了很大的变化与发展。为适应当前该领域发展的新形势，原书第二作者对本书进行修订，对水声学这些年来所取得的进展做了适当反映并加入新的参考文献。
样章试读
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第二版前言
第一版前言
第一章 信号、信道及声呐方程 1
1.1 水声学的信息空间 1
1.2 声呐信号及系统的分辨能力 3
1.3 水声信道对信号的影响 6
1.4 声呐方程 14
参考文献 16
第二章 作为水声信道的海洋介质 18
2.1 海洋中的声速及声吸收 18
2.1.1 海水中声速的基本公式 18
2.1.2 海水中的声吸收衰减 19
2.1.3 典型声速剖面 23
2.2 海底及其声学特性 28
2.2.1 海底沉积层的概况 28
2.2.2 沉积物的取样分析 30
2.2.3 海底地貌 32
2.2.4 海底反射性能 36
2.3 海面及其声学特性 40
2.3.1 表面波浪的概况 40
2.3.2 海浪谱 42
2.3.3 波高，风速与海况 44
2.4 海洋中的内波 47
2.5 海洋中的局部非均匀体 51
2.5.1 温度“微”结构水团 51
2.5.2 生物散射体及深水散射层(DSL) 52
参考文献 55
第三章 水声场齣基本概念与理论方法 59
3.1 波动方程与定解条件 59
3.2 分层介质中点源声场的积分表示 63
3.3 一维波动方程的可解情况 66
3.4 W.K.B近似 69
3.4.1 基本思想及解的形式 70
3.4.2 W.K.B解的物理图像 71
3.4.3 W.K.B解的适用判据 73
3.4.4 W.K.B解在“反转点”附近的解析延拓 75
3.4.5 W.K.B近似下的平面波反射问题 76
3.5 二阶反转点及“射线分裂” 81
3.6 分层介质中点源声场的谱表示 83
3.7 简正波场与旁侧波场 87
3.8 射线—简正波近似理论 92
3.9 射线声学理论 98
3.9.1 射线声学的基本方程 98
3.9.2 分层介质中的射线方程 101
3.9.3 分层介质中的声线图 104
3.9.4 广义射线 106
3.10 简正波表示与射线表示之间的关系 120
3.10.1 简正波生成函数与广义射线生成函数之间的傅里叶变换关系 120
3.10.2 简正波与经典射线之间的局部转换关系 127
3.10.3 射线向简正波场的转化 130
3.10.4 关于转化条件的讨论 135
3.11 指向性声源在分层介质中的声场 138
3.11.1 平面辐射器在自由空间的指向函数 138
3.11.2 分层介质中指向性声源的简正波理论 139
3.12 介质水平变化的问题 145
参考文献 149
第四章 浅海典型声场分析 154
4.1 平滑平均场强及海底反射损失模型 154
4.1.1 浅海中的平滑平均场强 154
4.1.2 “三参数”界面反射损失模型 158
4.2 浅海均匀层声场的分析 164
4.2.1 浅海均匀层声场的简正波表示 165
4.2.2 Pekeris问题 166
4.2.3 平均场强结构 176
4.2.4 海底反射参数对平均场强结构的控制 183
4.2.5 平均场强结构的频率依赖关系 187
4.2.6 任意反射损失时的场强分析 188
4.3 浅海均匀层中脉冲的传播 189
4.3.1 脉冲峰值衰减与能量衰减的关系 189
4.3.2 脉冲多途拖散与相关损失 197
4.4 浅海负梯度声场分析 201
4.4.1 平滑平均场强的分析 201
4.4.2 “角功率谱”表示的平均场强 213
4.4.3 负梯度浅海中脉冲的多途拖散 215
4.5 浅海负跃层声场分析 221
4.6 浅海表面声道平均声场的分析 232
参考文献 236
第五章 深海典型声场分析 239
5.1 深海混合层声道 239
5.1.1 射线分析 240
5.1.2 波动理论分析 242
5.1.3 混合层中的平滑平均场强 248
5.1.4 混合层中T1的经验公式 251
5.2 深海SOFAR会聚带声场 251
5.2.1 SOFAR信号波形 252
5.2.2 会聚带声场的射线分析 255
5.2.3 会聚带声场的波动解 260
5.3 声测海洋学 269
5.3.1 海洋声层析(OTA) 269
5.3.2 海洋气候声学测量(ATOC) 270
参考文献 273
第六章 海洋中的混响与噪声 276
6.1 海洋中的混响 276
6.1.1 近程混响的射线理论 276
6.1.2 作为一次散射场的混响 279
6.1.3 浅海均匀层远程混响 286
6.1.4 混响强度与脉宽的关系 289
6.1.5 混响的统计特性 291
6.1.6 散射强度数据 296
6.1 7 全波动混响理论概述 298
6.1.8 波导中混响的新能流模型 300
6.2 海洋环境噪声 303
6.2.1谱级 303
6.2.2 噪声场的“构成”理论 307
6.2.3 噪声场的指向性 310
6.2.4 波导中的噪声场及匹配滤波 317
6.2.5 环境噪声场与环境信息 319
参考文献 319
第七章 目标反射及舰船辐射噪声 323
7.1 目标反射问题 323
7.1.1 刚性小球的瑞利散射 323
7.1.2 几何镜反射及象脉冲理论 325
7.1.3 弹性体散射的一般情况 327
7.1.4 惠更斯积分与菲涅耳带方法 332
7.1.5 液球散射的波动解 338
7.1.6 海洋生物的散射问题 341
7.1 7 目标强度的一些实验数据 344
7.1.8 目标散射研究的进展概述 345
7.2 舰船辐射噪声特性 345
7.2.1 辐射噪声源的一般特性 345
7.2.2 舰船辐射噪声信号的描写 347
7.2.3 舰船噪声研究的进展概述 352
参考文献 352
第八章 信号场的散射与起伏 355
8.1 由海水介质随机木均匀性引起的声场起伏 357
8.2 粗糙随机表面引起的声场起伏 363
8.3 内波引起的声场起伏 367
8.4 浅海信道中信号场的横向相关 377
8.5 矩方法 382
8.6 散射引起的平均场（有规分量）的衰降 391
8.6.1 Eckart理论 391
8.6.2 微扰理论(Bacc方法) 396
8.6.3 内波对平均场的衰降 402
参考文献 406
第九章 数值声场预报与信道匹配问题 410
9.1 海洋声场的数值预报 410
9.1.1 射线场数值解算 412
9.1.2 简正波场数值解算 415
9.1.3 抛物(PE)近似方法 418
9.2 浅海信道中点源场的匹配 425
9.3 传播波形的数值预报 428
9.4 垂直线阵过滤简正波抗近场点源干扰的潜在能力 431
9.5 垂直阵的信息分析与提取 438
9.5.1 由垂直阵数据提取简正波函数 438
9.5.2 对短垂直阵简正波分解能力的改善 439
9.6 波导不变量β 441
9.6.1 β的物理意义及其数学表达式 442
9.6.2 Pekeris波导的β 443
参考文献 446
第十章 水声信号处理 450
10.1 水声信号处理概况 450
10.1.1 水声信号处理的任务 450
10.1.2 水声信号处理技术的发展 450
10.2 信号、随机过程及线性系统 451
10.2.1 窄带确定性信号 451
10.2.2 随机信号 453
10.2.3 信号的离散表示 459
10.2.4 线性系统 460
10.2.5 假设检验 462
10.3 在高斯噪声背景中检测信号（单通道情况） 465
10.3.1 检测已知信号 465
10.3.2 形式已知、参数未知的信号 469
10.4 在混响背景中检测确定性信号 471
10.4.1 混响散射函数 471
10.4.2 普通匹配滤波器在混响背景中的性能 472
10.4.3 抗混响干扰最佳接收机 475
10.5 水听器阵信号处理 476
10.5.1 宽带能量检测器——普通标准阵处理器 476
10.5.2 数字多波束阵信号处理 478
10.5.3 分波束互相关处理 480
10.5.4 被动式窄带处理器——线谱检测器 483
10.6 声场的最佳时空处理 484
10.6.1 概述 484
10.6.2 声场的时空采样 485
10.6.3 声场的贝叶斯时空处理 488
10.6.4 基于最佳波形估计的最佳时空处理 492
10.6.5 时空因子分析 498
10.6.6 最佳时空处理器与普通标准基阵处理器的性能比较 500
10.6.7 在畸变信道中检测信号 506
10.6.8 自适应波束形成器 509
10.7 信号参量估计 525
10.7.1 几种最佳准则和克拉默罗界限 525
10.7.2 方位角估计 529
10.7.3 距离估计——到达时间估计 532
10.7.4 频率估计——目标径向速度估计 533
10.7.5 在畸变信道中估计信号参量 533
10.8 自动检测器 535
10.8.1 “或”门减数据率和多次发射历程图显示 535
10.8.2 自动检测器概述 536
10.8.3 似然比检测器及简化检测器 537
10.8.4 碱数据率，恒虚警处理 539
10.9 空间场匹配处理 540
10.9.1 匹配场处理MFP 540
10.9.2 MIMO声呐信号处理 542
参考文献 542
第十一章 水声探测系统简介 545
11.1 概述 545
11.2 被动式声呐 546
11.2.1 噪声测向声呐 546
11.2.2 噪声测距声呐 549
11.2.3 拖曳线列阵声呐 549
11.3 主动式声呐 550
11.3.1 主动式声呐的工作体制 551
11.3.2 主动式声呐系统概况 552
11.3.3 典型声呐介绍 555
11.3.4 探雷声呐 连续发射调频声呐 558
11.4 航空反潜声呐 559
11.4.1 直升飞机吊放声呐 559
11.4.2 声呐浮标 559
11.5 水声电子对抗设备 560
11.5.1 侦察声呐 561
11.5.2 声呐干扰器 561
11.5.3 假目标 561
11.6 水声防潜警戒系统 561
11.6.1 固定式声呐监视系统 561
11.6.2 拖曳线列阵远程监视声呐 562
11.6.3 综合水声反潜探测系统 562
11.7 水声探测设备在国民经济中的应用 562
11.7.1 测深仪 562
11.7.2 鱼群探测仪 563
11.7.3 地貌仪——侧扫声呐 563
11.7.4 地层剖面仪 564
11.7.5 多普勒导航声呐 564
11.8 声呐技术新进展 564
11.8.1 潜艇声呐技术进展 565
11.8.2 水面舰艇声呐 565
11.8.3 合成孔径声呐 565
11.8.4 拖曳线列阵声呐 565
11.8.5 光进可布设水下声呐监视系统 566
11.8.6 多基站主动声呐探测系统 566
11.8 7 可持续工作的近海传感器网 566
11.8.8 网络中心反潜战 566
第十二章 水声换能器 567
12.1 结构体的振动分析 567
12.1.1 弯张换能器圆拱壳体的振动特性 568
12.1.2 有限元法及其对压电弯曲棒的计算 574
12.1.3 用能量法推导有限长压电薄圆管的等效电路 585
12.2 结构体的声辐射以及声阵中的相互作用 588
12.2.1 用边界配值法解声辐射问题 589
12.2.2 声辐射的积分公式及其近似解法 591
12.2.3 有限元法解声辐射问题 594
12.2.4 阵中的相互作用效应 598
12.2.5 弯曲圆板换能器阵的互阻抗 608
12.3 阵的方向性 609
12.3.1 计算阵方向性的一般方法 610
12.3.2 在频带内的方向性 615
12.3.3 圆柱阵，球阵和宽带恒定束宽阵 618
12.3.4 性能的不一致性对阵方向性的影响 625
12.4 声源、水听器和声基阵 629
12.4.1概述 629
12.4.2 声源、水听器和阵 634
12.5 测量技术 647
12.5.1 耦合腔中互易参量的理论计算和灵敏度的修正 647
12.5.2 脉冲频谱法换能器低频校准 651
12.5.3 脉冲平衡比较法精确测定水听器的相位 652
12.5.4 压电材料机电性能的测量 657
参考文献 658
附录I 海水吸收系数α数值表 661
附录II 符号表 668
《现代声学科学与技术丛书》已出版书目 675
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