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，并讨论了运动目标激发重力波背景下的声传播起伏特征与探测方法。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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2000年~2004年 西北工业大学 教育教学改革试点班
2004年~2007年 西北工业大学 电子信息工程专业硕士
2007年~2010年 西北工业大学 水声工程专业博士2012.7-至今， 西北工业大学航海学院，副教授、教授
2014.11-2015.6，比利时布鲁塞尔自由大学，访问学者（留学基金委全额资助）
2016.5-至今， 海洋声学信息感知工业和信息化部重点实验室副主任
2016.6-至今， 西北工业大学航海学院声学与信息工程系副主任
2017起年担任西北工业大学青岛研究院副院长、西北工业大学航海学院副院长主持国家级科研项目5项（国防重点项目2项、国防前沿创新项目1项、国家自然科学基金2项），省部级基金和重点实验室基金5项，作为技术骨干参加国家级重点项目10余项。2017起年担任西北工业大学青岛研究院副院长
目录
第二版前言
第一版前言
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 3
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 本书主要内容 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 球体散射声场基本理论 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 23
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 有限长圆柱壳体的散射模型 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 32
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
2.5.3 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 43
2.6.2 测量结果 45
2.7 本章小结 49
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 65
3.3.1 基本原理 65
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 70
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
4.3.1 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 91
4.3.3 接收信号的角度到达结构 95
4.3.4 湖上实验 97
4.4 目标前向散射声场扰动理论 98
4.4.1 声场扰动波动理论 98
4.4.2 运动目标的声场干涉理论 100
4.5 前向散射声场扰动随深度变化规律 101
4.5.1 实验测量方法 101
4.5.2 不同信号的前向散射声场扰动 102
4.5.3 前向散射声场扰动随深度变化规律 105
4.6 前向散射声场扰动随目标距离变化规律 106
4.6.1 理论分析方法 106
4.6.2 实验测量方法 107
4.6.3 声场扰动特征 108
4.6.4 前向散射声场异常规律 110
4.7 本章小结 111
参考文献 111
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 目标前向散射声场包络特征检测方法 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
5.4.3 实验及虚拟时反处理方法 131
5.4.4 时反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 137
6.1 前向散射声场的主分量分析方法 137
6.1.1 空域声场响应特征分解方法原理 138
6.1.2 声场响应异常实验方法 140
6.1.3 声场响应测量结果 142
6.1.4 不同深度特征提取仿真 144
6.2 基于匹配场处理的直达波抑制方法 146
6.2.1 匹配场抑制原理 146
6.2.2 直达波抑制仿真 148
6.3 基于自适应相消原理的增强方法 149
6.3.1 自适应相消基本原理 149
6.3.2 湖上实验分析 151
6.3.3 前向散射声场增强特征 153
6.4 基于频域子空间投影的恒虚警检测方法 157
6.4.1 广义似然比原理 157
6.4.2 数值仿真 163
6.4.3 性能分析 165
6.4.4 湖上实验验证 166
6.5 低旁瓣脉冲压缩滤波器设计方法 167
6.5.1 旁瓣抑制表述 168
6.5.2 最佳累积旁瓣抑制滤波器 169
6.5.3 最佳峰值旁瓣抑制滤波器 170
6.5.4 仿真结果 171
6.5.5 性能分析及讨论 172
参考文献 181
第7章 前向散射声场特征在目标距离估计中的应用 184
7.1 基于前向散射声场扰动特征的目标距离估计 184
7.1.1 前向散射距离估计原理 184
7.1.2 前向散射距离估计结果 186
7.2 基于目标信号相对时延的定位方法 189
7.2.1 干扰背景下定位原理 189
7.2.2 实验数据处理结果 193
7.2.3 移动干扰源讨论 196
7.3 基于前向散射信号时延特征的目标跟踪方法 197
7.3.1 跟踪方法原理 197
7.3.2 水池实验跟踪结果 201
7.3.3 基于时延特征的目标距离估计基本原理 203
7.4 基于变异声线提取的目标定位方法 204
7.4.1 基本原理 204
7.4.2 数据处理结果 206
7.5 基于迁移学习的前向散射目标定位方法 207
7.5.1 迁移学习基本原理 208
7.5.2 数值仿真 211
7.5.3 性能分析 214
7.6 本章小结 216
参考文献 217
第8章 源致内波声场变异特征及其检测方法 219
8.1 源致内波流场与声场研究进展 219
8.1.1 源致内波分类 219
8.1.2 研究进展 220
8.3.2 内波距离对声场变异的影响 231
8.3.3 演化时间对声场变异的影响 233
8.4 基于声强变异特征增强的水下目标探测方法 237
8.4.1 基于主分量特征重构方法基本原理 237
8.4.2 湖上实验 239
8.5 水下目标透射式声探测的工作深度优化方法 241
8.5.1 水下目标二维概率分布 241
8.5.2 探测性能评估与工作深度优化 242
8.5.3 数值仿真 243
8.6 本章小结 245
参考文献 246
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