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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