第 1 章 緒論................................................................................................................................................1
1.1 聲學(xué)概述........................................................................................................................ 1
1.2 水聲學(xué)的發(fā)展與應(yīng)用................................................................................................... 4
1.2.1 水聲學(xué)發(fā)展簡史................................................................................................ 4
1.2.2 水聲學(xué)研究對象...............................................................................................11
1.2.3 水聲學(xué)的應(yīng)用.................................................................................................. 12
思考題................................................................................................................................... 12
第 2 章 機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)............................................................................................................13
2.1 單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的自由振動(dòng)........................................................................ 13
2.1.1 運(yùn)動(dòng)方程及其解.............................................................................................. 14
2.1.2 振動(dòng)速度、加速度和振動(dòng)能量...................................................................... 16
2.2 單自由度機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)迫振動(dòng) ........................................................................... 18
2.2.1 運(yùn)動(dòng)方程和振動(dòng)位移的解.............................................................................. 18
2.2.2 機(jī)械阻抗和機(jī)械諧振...................................................................................... 20
2.2.3 位移振幅的頻率特性 ..................................................................................22
2.2.4 相位頻率特性 .................................................................................................. 23
2.3 均勻棒的縱振動(dòng)........................................................................................................... 24
2.3.1 均勻細(xì)棒縱振動(dòng)方程...................................................................................... 25
2.3.2 兩端自由細(xì)棒的自由振動(dòng).............................................................................. 28
2.3.3 一端固定另一端在諧和力作用下棒的穩(wěn)態(tài)振動(dòng)........................................ 30
思考題.................................................................................................................................... 32
第 3 章 理想流體介質(zhì)中聲場的基本規(guī)律.....................................................................................33
3.1 聲音在介質(zhì)中傳播的基本概念 ................................................................................ 33
3.2 聲學(xué)量——聲壓、振速、壓縮量............................................................................... 34
3.3 理想流體介質(zhì)中小振幅波傳播的基本規(guī)律............................................................... 35
3.3.1 幾點(diǎn)假設(shè)........................................................................................................... 36
3.3.2 連續(xù)性方程 .......................................................................................................36
3.3.3 狀態(tài)方程............................................................................................................37
3.3.4 運(yùn)動(dòng)方程............................................................................................................39
3.3.5 波動(dòng)方程............................................................................................................40
3.3.6 速度勢函數(shù) .......................................................................................................41
3.4 聲場中的能量關(guān)系 .......................................................................................................42
3.4.1 聲能密度............................................................................................................43
3.4.2 能流密度和聲波強(qiáng)度..................................................................................43
3.4.3 聲壓級和聲強(qiáng)級..........................................................................................45
3.5 平面聲波在無限流體介質(zhì)中的傳播.....................................................................45
3.5.1 平面波在均勻無限介質(zhì)中的傳播..............................................................46
3.5.2 諧和律振動(dòng)的平面波..................................................................................46
3.6 平面波在兩種不同均勻介質(zhì)分界面上的反射和折射.........................................50
3.6.1 平面波垂直入射到兩種介質(zhì)平面分界面上..............................................50
3.6.2 平面波傾斜入射情況..................................................................................53
3.7 各向均勻球面波.....................................................................................................61
3.7.1 波動(dòng)方程及傳播特性..................................................................................61
3.7.2 諧和律振動(dòng)球面波......................................................................................63
3.7.3 諧和球面擴(kuò)散波..........................................................................................64
3.8 柱面波 ....................................................................................................................68
3.8.1 均勻柱面波行波場中的速度勢和聲壓......................................................71
3.8.2 均勻柱面波行波場中的質(zhì)點(diǎn)振速..............................................................71
3.8.3 柱面波波阻抗..............................................................................................72
3.8.4 柱面波強(qiáng)度..................................................................................................73
3.8.5 已知振源表面振速求柱面波聲場中的聲振幅和聲波強(qiáng)度 ......................74
3.9 聲波在波導(dǎo)中的傳播.............................................................................................76
3.9.1 平行平面層中波傳播的一般關(guān)系..............................................................76
3.9.2 絕對硬邊界條件波導(dǎo)中的簡正波..............................................................77
3.9.3 簡正波傳播的相速度和群速度..................................................................81
3.9.4 絕對軟的平行平面邊界..............................................................................83
思考題 .............................................................................................................................84
第 4 章 聲波的輻射........................................................................................................................85
4.1 聲波的輻射現(xiàn)象.....................................................................................................85
4.1.1 聲場對發(fā)射器的作用..................................................................................85
4.1.2 輻射阻抗和輻射聲功率..............................................................................87
4.2 均勻脈動(dòng)球形聲源的輻射.....................................................................................87
4.2.1 輻射阻抗......................................................................................................88
4.2.2 輻射聲功率..................................................................................................89
4.3 無限長均勻脈動(dòng)柱面的輻射.................................................................................89
4.3.1 低頻發(fā)射......................................................................................................90
4.3.2 高頻發(fā)射......................................................................................................91
4.4 平面活塞式發(fā)射器的聲輻射.................................................................................92
4.4.1 輻射聲場的計(jì)算..........................................................................................92
4.4.2 平面活塞式發(fā)射器的輻射阻抗..................................................................97
4.4.3 平面活塞式發(fā)射器的輻射聲功率 ..............................................................98
4.5 聲場中的互易定理.................................................................................................99
4.5.1 聲場互易定理數(shù)學(xué)表達(dá)式的推導(dǎo) ..............................................................99
4.5.2 聲場互易定理的物理意義........................................................................102
思考題 ...........................................................................................................................103
第 5 章 聲吶與聲吶方程............................................................................................................. 104
5.1 聲吶的分類與功能...............................................................................................104
5.1.1 主動(dòng)聲吶....................................................................................................104
5.1.2 被動(dòng)聲吶....................................................................................................105
5.2 聲吶參數(shù)與聲吶方程...........................................................................................106
5.2.1 聲吶參數(shù)....................................................................................................106
5.2.2 聲吶方程....................................................................................................109
5.2.3 聲吶方程參數(shù)組合....................................................................................110
思考題 ...........................................................................................................................112
第 6 章 海洋的聲學(xué)特性..............................................................................................................113
6.1 聲速.......................................................................................................................113
6.1.1 海洋的物理與化學(xué)特性............................................................................113
6.1.2 經(jīng)驗(yàn)公式....................................................................................................116
6.1.3 現(xiàn)場測量....................................................................................................118
6.1.4 海洋中的聲速剖面....................................................................................120
6.2 傳播損失...............................................................................................................124
6.2.1 傳播損失的定義........................................................................................124
6.2.2 擴(kuò)展損失....................................................................................................125
6.2.3 吸收損失....................................................................................................126
6.2.4 氣泡吸收....................................................................................................132
6.3 海面、海底對聲傳播的影響...............................................................................133
6.3.1 海面對聲傳播的影響................................................................................133
6.3.2 海底對聲傳播的影響................................................................................148
6.4 海洋中的尺度現(xiàn)象...............................................................................................162
6.4.1 海洋鋒........................................................................................................162
6.4.2 渦旋............................................................................................................164
6.4.3 內(nèi)波............................................................................................................167
6.5 典型水下聲場傳播模式.......................................................................................170
6.5.1 淺海海域....................................................................................................171
6.5.2 過渡海域....................................................................................................177
6.5.3 深海海域....................................................................................................181
6.6 海洋中的聲傳播起伏...........................................................................................190
6.6.1 非隨機(jī)起伏和隨機(jī)起伏............................................................................191
6.6.2 起伏原因粗析............................................................................................191
6.6.3 聲傳播的相干性........................................................................................192
6.6.4 海洋中的多途傳播....................................................................................193
思考題 ...........................................................................................................................194
第 7 章 海洋中的聲傳播理論.......................................................................................................195
7.1 波動(dòng)方程的幾種規(guī)范解.......................................................................................195
7.2 射線聲學(xué)理論 ......................................................................................................198
7.2.1 射線聲學(xué)基本方程....................................................................................199
7.2.2 射線聲學(xué)理論的應(yīng)用條件........................................................................200
7.2.3 斯涅耳（Snell）定律和聲線彎曲............................................................201
7.2.4 聲線圖的畫法............................................................................................202
7.2.5 本征射線的計(jì)算........................................................................................209
7.3 簡正波理論 ..........................................................................................................213
7.3.1 聲場數(shù)學(xué)推導(dǎo)............................................................................................213
7.3.2 傳播損失計(jì)算............................................................................................216
7.3.3 聲場數(shù)值計(jì)算............................................................................................217
7.4 拋物方程理論 ......................................................................................................222
7.4.1 流體拋物方程............................................................................................222
7.4.2 自初始場推導(dǎo)............................................................................................225
7.4.3 邊界條件處理............................................................................................226
思考題 ...........................................................................................................................230
第 8 章 聲源級與輻射噪聲 ........................................................................................................ 231
8.1 聲源級與輻射聲功率...........................................................................................231
8.1.1 聲源級與輻射聲功率的關(guān)系....................................................................231
8.1.2 限制聲吶功率的因素................................................................................233
8.1.3 指向性指數(shù)................................................................................................236
8.2 水聲換能器的工作原理.......................................................................................242
8.2.1 幾種常用水聲換能器的結(jié)構(gòu)....................................................................242
8.2.2 水聲換能器主要工作特性參數(shù)................................................................246
8.3 輻射噪聲與自噪聲...............................................................................................247
8.3.1 艦船輻射噪聲的聲源級和噪聲譜 ............................................................247
8.3.2 艦船輻射噪聲源及其一般特性................................................................248
8.3.3 艦船、潛艇、魚雷的輻射噪聲級 ............................................................253
8.3.4 自噪聲........................................................................................................257
思考題 ...........................................................................................................................261
第 9 章 海洋環(huán)境噪聲.................................................................................................................. 262
9.1 海洋環(huán)境噪聲源與噪聲譜...................................................................................262
9.1.1 海洋環(huán)境噪聲譜........................................................................................263
9.1.2 海洋環(huán)境噪聲源........................................................................................263
9.1.3 淺海環(huán)境噪聲............................................................................................266
9.1.4 海洋環(huán)境噪聲的間歇源............................................................................266
9.2 海洋環(huán)境噪聲的特性...........................................................................................268
9.2.1 海洋環(huán)境噪聲的指向性............................................................................268
9.2.2 海洋環(huán)境噪聲的振幅分布和空間相關(guān)性 ................................................269
9.3 海洋環(huán)境噪聲模型...............................................................................................272
思考題 ...........................................................................................................................274
第 10 章 海洋中的混響................................................................................................................. 275
10.1 混響的基本概念.................................................................................................275
10.1.1 混響的定義和分類..................................................................................275
10.1.2 基本量與假設(shè)..........................................................................................277
10.2 體積混響 ............................................................................................................278
10.2.1 混響貢獻(xiàn)區(qū)與散射源..............................................................................278
10.2.2 體積混響的強(qiáng)度......................................................................................279
10.2.3 體積混響源：深水散射層......................................................................281
10.3 界面混響 ............................................................................................................284
10.3.1 界面混響的強(qiáng)度......................................................................................284
10.3.2 淺�；祉�..................................................................................................285
10.3.3 混響的統(tǒng)計(jì)特性......................................................................................287
10.4 混響的預(yù)報(bào) ........................................................................................................288
10.4.1 混響預(yù)報(bào)的要點(diǎn)......................................................................................288
10.4.2 混響有關(guān)參數(shù)的估算..............................................................................289
10.4.3 混響限制下的作用距離預(yù)報(bào)..................................................................292
10.4.4 探測沉底目標(biāo)時(shí)的混響預(yù)報(bào)..................................................................293
思考題 ...........................................................................................................................295
第 11 章 聲波在水中目標(biāo)上的反射與散射 ...............................................................................296
11.1 目標(biāo)強(qiáng)度.............................................................................................................296
11.1.1 目標(biāo)強(qiáng)度的定義......................................................................................296
11.1.2 剛性目標(biāo)的散射強(qiáng)度..............................................................................297
11.1.3 簡單形狀物體的目標(biāo)強(qiáng)度......................................................................298
11.1.4 多基地聲吶目標(biāo)強(qiáng)度..............................................................................300
11.2 常見聲吶目標(biāo)目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征.................................................................303
11.2.1 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度......................................................................................303
11.2.2 水面艦艇的目標(biāo)強(qiáng)度..............................................................................306
11.2.3 水雷的目標(biāo)強(qiáng)度......................................................................................306
11.2.4 魚雷的目標(biāo)強(qiáng)度......................................................................................307
11.2.5 拖曳基陣的目標(biāo)強(qiáng)度..............................................................................308
11.2.6 實(shí)用目標(biāo)強(qiáng)度值......................................................................................308
11.3 目標(biāo)回波.............................................................................................................309
11.3.1 回波信號的形成......................................................................................309
11.3.2 回波信號的一般特征.............................................................................. 311
11.3.3 回波信號的亮點(diǎn)模型..............................................................................313
11.4 目標(biāo)強(qiáng)度的測量.................................................................................................314
11.4.1 比較法......................................................................................................315
11.4.2 直接法......................................................................................................316
11.4.3 應(yīng)答器法..................................................................................................316
11.5 目標(biāo)強(qiáng)度的降低——消聲瓦.............................................................................317
思考題 ...........................................................................................................................321
第 12 章 檢測閾 ............................................................................................................................. 322
12.1 檢測閾的定義.....................................................................................................322
12.2 檢測所需的輸入信噪比.....................................................................................326
12. 3 影響檢測閾的因素............................................................................................327
12.4 檢測閾估計(jì).................................................................................................328
思考題 ...........................................................................................................................329
第 13 章 聲吶方程的應(yīng)用............................................................................................................. 330
13.1 被動(dòng)聲吶方程.....................................................................................................330
13.1.1 寬帶平方律檢波......................................................................................331
13.1.2 窄帶警戒..................................................................................................332
13.2 主動(dòng)聲吶方程.....................................................................................................332
13.3 聲吶設(shè)計(jì).............................................................................................................333
13.4 聲吶性能預(yù)報(bào).....................................................................................................337
思考題 ...........................................................................................................................342
參考文獻(xiàn)............................................................................................................................................ 343