本书以比较简明的方式向读者介绍水中物体前向声散射所涉及的基本理论、规律以及一些有实际应用价值的成果。全书共8章，主要讲述了自由空间中典型目标体前向散射声场特征、信道中目标穿越收发连线时前向散射引起的声场幅度和相位等的异常变化特征和规律，并针对直达波对前向散射波的强干扰，重点阐述了基于信道响应规律和直达波抑制原理的前向散射特征检测方法，进一步介绍了前向散射声场特征在目标距离估计中的初步应用和小目标体的散射声场特征及对其时反聚焦的影响。本书主要以作者所在课题组多年来对水中目标前向散射的研究成果为主，同时包含国内外研究成果。
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目录
前言
第1章 概述 1
1.1 前向散射的含义 1
1.2 自由空间目标声散射模型 2
1.3 水声信道中目标的前向散射模型 5
1.4 目标前向散射声场特征的检测方法 7
1.5 本书结构 9
参考文献 11
第2章 自由空间典型目标体前向声散射模型及其特征 16
2.1 球体的前向散射声场 16
2.1.1 球体散射场基本理论 17
2.1.2 球体的前向散射声场特征分析 19
2.2 球壳体的前向散射声场 22
2.2.1 球壳声散射的基本理论 22
2.2.2 前向散射声场特征分析 24
2.3 椭球体的散射函数 26
2.3.1 等效柱方法的基本理论 26
2.3.2 有限长圆柱壳的散射模型 28
2.4 复杂目标远场声散射模型 31
2.4.1 虚拟球面声散射原理 31
2.4.2 球谐波展开模型 33
2.4.3 球心位置对计算结果的影响 34
2.4.4 Benchmark 模型计算结果 36
2.5 材料性能对球体散射声场的影响 38
2.5.1 黏弹性层的散射模型 38
2.5.2 黏弹性层中的波动方程 39
2.5.3 数值算例 40
2.5.4 机理解释 41
2.6 前向散射目标强度测量方法 42
2.6.1 前向目标强度测量原理 42
2.6.2 测量结果 44
2.7 本章小结 48
参考文献 49
第3章 水声信道目标前向声散射的经典模型 51
3.1 波数积分{散射函数耦合模型 51
3.1.1 模型原理概述 52
3.1.2 快速场算法 54
3.1.3 球体目标的前向散射现象 56
3.2 简正波{散射函数耦合模型 58
3.2.1 基本原理 58
3.2.2 前向散射声呐方程近似计算 60
3.2.3 前向散射声场仿真 62
3.3 波数积分{虚源耦合模型 64
3.3.1 基本原理 64
3.3.2 波数积分{虚源耦合模型特点 66
3.3.3 虚源数量对计算结果影响分析 67
3.3.4 虚源分布形式对散射场计算结果的影响 69
3.4 本章小结 71
参考文献 72
第4章 水声信道目标前向散射声场特征 74
4.1 前向散射声场到达能量分布 74
4.1.1 前向散射探测区域 75
4.1.2 前向散射频移特征 79
4.2 前向散射引起的声场模态变化 82
4.2.1 Pekeris 波导中的模态耦合 83
4.2.2 典型浅海环境中模态耦合 83
4.3 前向散射声场的垂直到达结构 85
4.3.1 直达波的角度到达结构 86
4.3.2 前向散射波的角度到达结构 90
4.3.3 接收信号的角度到达结构 95
4.4 目标前向散射声场扰动理论 97
4.4.1 声场扰动波动理论 97
4.4.2 运动目标的声场干涉理论 99
4.5 前向散射声场扰动随深度变化规律 100
4.5.1 实验测量方法 100
4.5.2 不同信号的前向散射声场扰动 101
4.5.3 前向散射声场扰动随深度变化规律 104
4.6 前向散射声场扰动随目标距离变化规律 105
4.6.1 理论分析方法 105
4.6.2 实验测量方法 106
4.6.3 声场扰动特征 107
4.6.4 前向散射声场异常规律 109
4.7 本章小结 110
参考文献 110
第5章 基于水声信道响应的前向散射声场特征检测方法 113
5.1 目标前向散射包络特征检测方法 114
5.1.1 信号包络检测方法原理 114
5.1.2 海浪对接收信号包络的影响 117
5.1.3 包络检测实验结果 119
5.2 前向散射相位特征检测方法 120
5.2.1 相位突变检测基本原理 120
5.2.2 相位突变实验结果 121
5.3 声波到达结构异常特征检测方法 122
5.3.1 声波到达结构垂直阵提取方法 122
5.3.2 声波到达结构特征 123
5.3.3 声速剖面变化对声波到达结构的影响 126
5.4 声场强度变化的虚拟时反检测方法 127
5.4.1 时间反转镜检测基本原理 127
5.4.2 时反散焦数值仿真 129
5.4.3 实验及虚拟时反处理方法 131
5.4.4 时间反转声场异常特征提取结果 133
5.5 本章小结 135
参考文献 135
第6章 基于直达波抑制的前向散射特征检测方法 138
6.1 前向散射声场的主分量分析方法 138
6.1.1 空域声场响应特征分解方法原理 139
6.1.2 声场响应异常实验方法 141
6.1.3 声场响应测量结果 143
6.1.4 不同深度特征提取仿真 146
6.2 基于匹配场处理的直达波抑制方法 147
6.2.1 匹配场抑制原理 147
6.2.2 直达波抑制仿真 149
6.3 基于自适应相消原理的增强方法 151
6.3.1 自适应相消基本原理 151
6.3.2 湖上实验分析 152
6.3.3 前向散射声场增强特征 155
6.4 基于模糊表面空间置零原理的增强方法 158
6.4.1 前向散射波和直达波的宽带表征形式 158
6.4.2 模糊表面空间置零抑制原理 159
6.4.3 数值仿真 161
6.5 低旁瓣脉冲压缩滤波器设计方法 165
6.5.1 旁瓣抑制表述 165
6.5.2 最佳累积旁瓣抑制滤波器 166
6.5.3 最佳峰值旁瓣抑制滤波器 168
6.5.4 仿真结果 168
6.5.5 性能分析及讨论 170
6.6 本章小结 171
参考文献 172
第7章 前向散射声场特征在目标距离估计中的应用 175
7.1 基于前向散射扰动特征的目标距离估计 175
7.1.1 前向散射距离估计原理 175
7.1.2 前向散射距离估计结果 177
7.2 基于目标信号相对时延的定位方法 180
7.2.1 干扰背景下定位原理 180
7.2.2 实验数据处理结果 183
7.2.3 移动干扰声源讨论 186
7.3 基于前向散射信号时延特征的目标跟踪方法 188
7.3.1 跟踪算法原理 188
7.3.2 水池实验跟踪结果 192
7.3.3 基于时延特征的目标距离估计基本原理 193
7.4 基于变异声线提取的目标定位方法 195
7.4.1 基本原理 195
7.4.2 数据处理结果 196
7.5 本章小结 198
参考文献 199
第8章 散射模型在小目标声散射分析中的应用 201
8.1 近海底目标声散射研究进展 201
8.2 掩埋球体声散射特征 203
8.2.1 计算条件 203
8.2.2 散射声场特征 203
8.3 掩埋物体的目标强度 205
8.3.1 球壳的散射声场 205
8.3.2 等效目标强度定义 207
8.3.3 等效目标强度和信混比 209
8.4 信道中的目标散射声场特征 212
8.4.1 Pekeris波导中的平面波表征 212
8.4.2 平面波作用下的声散射 214
8.4.3 点源作用下的声散射 216
8.4.4 物体对声场的扰动 217
8.4.5 近距离时反散焦声场分析 219
8.5 本章小结 221
参考文献 222
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