本書以比較簡明的方式向讀者介紹水中物體前向聲散射所涉及的基本理論、規(guī)律以及一些有實際應用價值的成果。全書共8章，主要講述了自由空間中典型目標體前向散射聲場特征、信道中目標穿越收發(fā)連線時前向散射引起的聲場幅度和相位等的異常變化特征和規(guī)律，并針對直達波對前向散射波的強干擾，重點闡述了基于信道響應規(guī)律和直達波抑制原理的前向散射特征檢測方法，進一步介紹了前向散射聲場特征在目標距離估計中的初步應用和小目標體的散射聲場特征及對其時反聚焦的影響。本書主要以作者所在課題組多年來對水中目標前向散射的研究成果為主，同時包含國內外研究成果。
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目錄
前言
第1章 概述 1
1.1 前向散射的含義 1
1.2 自由空間目標聲散射模型 2
1.3 水聲信道中目標的前向散射模型 5
1.4 目標前向散射聲場特征的檢測方法 7
1.5 本書結構 9
參考文獻 11
第2章 自由空間典型目標體前向聲散射模型及其特征 16
2.1 球體的前向散射聲場 16
2.1.1 球體散射場基本理論 17
2.1.2 球體的前向散射聲場特征分析 19
2.2 球殼體的前向散射聲場 22
2.2.1 球殼聲散射的基本理論 22
2.2.2 前向散射聲場特征分析 24
2.3 橢球體的散射函數(shù) 26
2.3.1 等效柱方法的基本理論 26
2.3.2 有限長圓柱殼的散射模型 28
2.4 復雜目標遠場聲散射模型 31
2.4.1 虛擬球面聲散射原理 31
2.4.2 球諧波展開模型 33
2.4.3 球心位置對計算結果的影響 34
2.4.4 Benchmark 模型計算結果 36
2.5 材料性能對球體散射聲場的影響 38
2.5.1 黏彈性層的散射模型 38
2.5.2 黏彈性層中的波動方程 39
2.5.3 數(shù)值算例 40
2.5.4 機理解釋 41
2.6 前向散射目標強度測量方法 42
2.6.1 前向目標強度測量原理 42
2.6.2 測量結果 44
2.7 本章小結 48
參考文獻 49
第3章 水聲信道目標前向聲散射的經(jīng)典模型 51
3.1 波數(shù)積分{散射函數(shù)耦合模型 51
3.1.1 模型原理概述 52
3.1.2 快速場算法 54
3.1.3 球體目標的前向散射現(xiàn)象 56
3.2 簡正波{散射函數(shù)耦合模型 58
3.2.1 基本原理 58
3.2.2 前向散射聲吶方程近似計算 60
3.2.3 前向散射聲場仿真 62
3.3 波數(shù)積分{虛源耦合模型 64
3.3.1 基本原理 64
3.3.2 波數(shù)積分{虛源耦合模型特點 66
3.3.3 虛源數(shù)量對計算結果影響分析 67
3.3.4 虛源分布形式對散射場計算結果的影響 69
3.4 本章小結 71
參考文獻 72
第4章 水聲信道目標前向散射聲場特征 74
4.1 前向散射聲場到達能量分布 74
4.1.1 前向散射探測區(qū)域 75
4.1.2 前向散射頻移特征 79
4.2 前向散射引起的聲場模態(tài)變化 82
4.2.1 Pekeris 波導中的模態(tài)耦合 83
4.2.2 典型淺海環(huán)境中模態(tài)耦合 83
4.3 前向散射聲場的垂直到達結構 85
4.3.1 直達波的角度到達結構 86
4.3.2 前向散射波的角度到達結構 90
4.3.3 接收信號的角度到達結構 95
4.4 目標前向散射聲場擾動理論 97
4.4.1 聲場擾動波動理論 97
4.4.2 運動目標的聲場干涉理論 99
4.5 前向散射聲場擾動隨深度變化規(guī)律 100
4.5.1 實驗測量方法 100
4.5.2 不同信號的前向散射聲場擾動 101
4.5.3 前向散射聲場擾動隨深度變化規(guī)律 104
4.6 前向散射聲場擾動隨目標距離變化規(guī)律 105
4.6.1 理論分析方法 105
4.6.2 實驗測量方法 106
4.6.3 聲場擾動特征 107
4.6.4 前向散射聲場異常規(guī)律 109
4.7 本章小結 110
參考文獻 110
第5章 基于水聲信道響應的前向散射聲場特征檢測方法 113
5.1 目標前向散射包絡特征檢測方法 114
5.1.1 信號包絡檢測方法原理 114
5.1.2 海浪對接收信號包絡的影響 117
5.1.3 包絡檢測實驗結果 119
5.2 前向散射相位特征檢測方法 120
5.2.1 相位突變檢測基本原理 120
5.2.2 相位突變實驗結果 121
5.3 聲波到達結構異常特征檢測方法 122
5.3.1 聲波到達結構垂直陣提取方法 122
5.3.2 聲波到達結構特征 123
5.3.3 聲速剖面變化對聲波到達結構的影響 126
5.4 聲場強度變化的虛擬時反檢測方法 127
5.4.1 時間反轉鏡檢測基本原理 127
5.4.2 時反散焦數(shù)值仿真 129
5.4.3 實驗及虛擬時反處理方法 131
5.4.4 時間反轉聲場異常特征提取結果 133
5.5 本章小結 135
參考文獻 135
第6章 基于直達波抑制的前向散射特征檢測方法 138
6.1 前向散射聲場的主分量分析方法 138
6.1.1 空域聲場響應特征分解方法原理 139
6.1.2 聲場響應異常實驗方法 141
6.1.3 聲場響應測量結果 143
6.1.4 不同深度特征提取仿真 146
6.2 基于匹配場處理的直達波抑制方法 147
6.2.1 匹配場抑制原理 147
6.2.2 直達波抑制仿真 149
6.3 基于自適應相消原理的增強方法 151
6.3.1 自適應相消基本原理 151
6.3.2 湖上實驗分析 152
6.3.3 前向散射聲場增強特征 155
6.4 基于模糊表面空間置零原理的增強方法 158
6.4.1 前向散射波和直達波的寬帶表征形式 158
6.4.2 模糊表面空間置零抑制原理 159
6.4.3 數(shù)值仿真 161
6.5 低旁瓣脈沖壓縮濾波器設計方法 165
6.5.1 旁瓣抑制表述 165
6.5.2 最佳累積旁瓣抑制濾波器 166
6.5.3 最佳峰值旁瓣抑制濾波器 168
6.5.4 仿真結果 168
6.5.5 性能分析及討論 170
6.6 本章小結 171
參考文獻 172
第7章 前向散射聲場特征在目標距離估計中的應用 175
7.1 基于前向散射擾動特征的目標距離估計 175
7.1.1 前向散射距離估計原理 175
7.1.2 前向散射距離估計結果 177
7.2 基于目標信號相對時延的定位方法 180
7.2.1 干擾背景下定位原理 180
7.2.2 實驗數(shù)據(jù)處理結果 183
7.2.3 移動干擾聲源討論 186
7.3 基于前向散射信號時延特征的目標跟蹤方法 188
7.3.1 跟蹤算法原理 188
7.3.2 水池實驗跟蹤結果 192
7.3.3 基于時延特征的目標距離估計基本原理 193
7.4 基于變異聲線提取的目標定位方法 195
7.4.1 基本原理 195
7.4.2 數(shù)據(jù)處理結果 196
7.5 本章小結 198
參考文獻 199
第8章 散射模型在小目標聲散射分析中的應用 201
8.1 近海底目標聲散射研究進展 201
8.2 掩埋球體聲散射特征 203
8.2.1 計算條件 203
8.2.2 散射聲場特征 203
8.3 掩埋物體的目標強度 205
8.3.1 球殼的散射聲場 205
8.3.2 等效目標強度定義 207
8.3.3 等效目標強度和信混比 209
8.4 信道中的目標散射聲場特征 212
8.4.1 Pekeris波導中的平面波表征 212
8.4.2 平面波作用下的聲散射 214
8.4.3 點源作用下的聲散射 216
8.4.4 物體對聲場的擾動 217
8.4.5 近距離時反散焦聲場分析 219
8.5 本章小結 221
參考文獻 222
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