本书以水中目标的声学特性为主要研究对象，主要介绍水中目标声学特性及其控制的发展情况和相关原理。本书的内容涵盖了水中目标声学特性相关基础、流体动力噪声及其控制、结构振动声辐射及其控制、水中目标声散射及其控制、海洋信道环境下的目标声学特性、水下声学材料分类与性能测试、水中目标声学特性测试与分析、基于深度学习的水中目标识别分类等。
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前言
第1章 水中目标声学特性相关基础 1
1.1 水中目标声学特性分类及基本概念 1
1.1.1 声散射 1
1.1.2 声反射 2
1.1.3 声吸收 2
1.1.4 声辐射 3
1.2 典型目标的声学特性 4
参考文献 6
第2章 流体动力噪声及其控制 8
2.1 流体动力噪声的控制技术 9
2.1.1 流场优化设计 10
2.1.2 流体噪声预测与模拟 12
2.2 流体运动发声的基本规律 16
2.2.1 莱特希尔方程和声类比 17
2.2.2 各阶声源及其辐射特性 19
2.2.3 低马赫数涡旋声理论 28
2.3 湍流边界层压力起伏 31
2.3.1 湍流边界层压力起伏——伪声的概念 32
2.3.2 湍流边界层压力起伏基本特性 35
2.3.3 湍流边界层压力起伏的波数-频率谱分析 40
2.3.4 边界层转捩区的压力起伏 44
2.3.5 接收器对湍流边界层压力起伏的空间过滤 48
2.4 有固体界面存在时的湍流噪声 50
参考文献 55
第3章 结构振动声辐射及其控制 58
3.1 声波的辐射 58
3.1.1 声波的辐射现象 58
3.1.2 球形声源的辐射 66
3.1.3 亥姆霍兹方程及其应用 69
3.2 水下结构振动与声耦合 73
3.2.1 振动与声耦合概述 73
3.2.2 振动-声耦合数值计算方法 77
3.3 水下结构振动噪声被动控制技术 80
3.3.1 吸振吸声控制 80
3.3.2 隔振隔声控制 81
3.3.3 阻尼减振控制 82
3.4 水下结构振动噪声主动控制技术 83
3.4.1 全局振动噪声控制 83
3.4.2 结构波振动噪声控制 85
3.4.3 弯曲波振动噪声控制 86
3.4.4 有源噪声控制 86
参考文献 86
第4章 水中目标声散射及其控制 88
4.1 目标声散射理论基础 88
4.1.1 目标声散射场微分方程描述 88
4.1.2 规则形状目标声散射简正级数解 95
4.1.3 声散射的亥姆霍兹积分公式和表面积分方程 98
4.2 水中目标几何声散射 106
4.2.1 克希霍夫近似和物理声学方法 106
4.2.2 凸光滑曲面上声散射——几何亮点概念及其数学基础 111
4.3 水中目标弹性声散射 118
4.4 水中目标回波抑制技术 119
4.4.1 盲分离算法 120
4.4.2 目标回波与混响的盲分离 121
参考文献 123
第5章 海洋信道环境下的目标声学特性 125
5.1 海洋中声传播理论及其应用 125
5.1.1 波动声学理论方法 125
5.1.2 射线声学理论方法 138
5.2 海洋中的主要噪声源和噪声谱特性 150
5.2.1 噪声的频谱 150
5.2.2 海洋环境噪声 155
5.3 海洋中波导传播特性以及声传播特性分析方法 162
5.3.1 海洋中波导传播特性 162
5.3.2 声速剖面分析 166
5.3.3 射线追踪法 167
5.3.4 声传播损失模型 169
5.4 海洋信道环境下的水中目标辐射噪声特性 173
5.5 海洋信道环境下的水中目标声散射特性 174
5.5.1 目标回声信号 174
5.5.2 声波在弹性物体上的散射 179
参考文献 183
第6章 水下声学材料分类与性能测试 185
6.1 水下声学材料分类及其应用情况 185
6.2 水下黏弹性材料基本理论 187
6.2.1 水下黏弹性材料的动力学方程 187
6.2.2 水下黏弹性材料的耦合方程 188
6.2.3 水下黏弹性平板材料的基本声学性能 188
6.3 黏弹性材料动态参数测量技术 189
6.3.1 自由振动衰减法 189
6.3.2 强迫共振法 190
6.3.3 强迫非共振法 192
6.3.4 声传播测试方法 195
6.4 水下声学材料小样声管测试方法 199
6.4.1 脉冲管法 199
6.4.2 驻波管法 206
6.4.3 行波管法 210
6.4.4 时空逆滤波法 212
6.5 水下声学材料大样测试方法 215
6.5.1 宽带脉冲压缩法 215
6.5.2 近场声全息法 215
参考文献 216
第7章 水中目标声学特性测试与分析 218
7.1 水中目标声学特性测试方法 218
7.1.1 海洋水声学基础 218
7.1.2 水中目标声学特性测试技术 220
7.2 恒定束宽波束形成技术 222
7.2.1 恒定束宽波束形成的发展过程 222
7.2.2 频域宽带波束形成 225
7.2.3 时域宽带波束形成 226
7.2.4 时域宽带恒定束宽波束形成 227
7.2.5 频域宽带恒定束宽波束形成 229
7.3 近场声全息技术 234
7.3.1 近场声全息技术概况 234
7.3.2 近场声全息技术基本理论 234
7.3.3 傅里叶变换后频域的离散化 238
7.4 矢量阵测试技术 239
7.4.1 矢量水听器概况 239
7.4.2 矢量阵波束形成 240
参考文献 242
第8章 基于深度学习的水中目标识别分类 244
8.1 典型的深度学习算法 245
8.1.1 全连接神经网络 245
8.1.2 卷积神经网络 248
8.1.3 循环神经网络 250
8.2 水中目标识别的原理与方法 251
8.2.1 水中目标识别的原理 251
8.2.2 水中目标识别的方法 253
8.2.3 深度学习理论在水中目标识别中的应用 255
参考文献 261
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