深海声学与探测技术

我国走出浅海、走向深海的海上战略空间“两洋一海”（我国南海、太平洋和印度洋）大部分属于深海区，其不仅存在着斜坡、海底山、海沟等复杂地形，同时中尺度涡旋等动力学现象频发，导致水下声场变化复杂，进而影响声呐的探测性能。我国海洋声学研究过去多局限在浅海，在浅海声学理论、声学反演及水声探测应用等方面研究成果显著。与浅海声学研究相比，受大深度声学测量的实验设备等条件限制，我国在深海声学及水下探测等方面的研究进展相对缓慢。近年来，随着国家海洋专项的成功实施，我国在深海声学实验手段方面得到了显著改善，完成了一系列海上实验观测，对深海声传播规律、声场时空频相关特性等方面的认识大幅度提高，并在此基础上发展了深海水下目标探测方法，为我国海洋声学研究与探测技术走向深海奠定了重要基础。
考虑到目前我国还没有一本专门讨论有关深海声学与探测技术的专著，本书在深入研究国内外相关理论成果的基础上，结合课题组多年来的研究成果，对深海声学探测相关的思想、原理和方法进行了系统深入的介绍。本书主要的撰写目的是对深海声传播、噪声和混响理论进行详细梳理，在认识复杂深海环境下的声场时空频特征规律基础上，提出适用于深海环境的参数反演与水声探测方法，为深海环境下的声呐算法设计、探测应用与效能评估等提供理论指导。
本书共分9章，具体章节安排如下： 第1章为绪论，对深海声学研究和探测技术的重要性及国内外研究现状进行总结；第2章为深海环境，对影响深海声传播和探测的水体环境、地形和底质因素进行归纳；第3章从完整性角度介绍了适用于深海的射线、简正波、抛物方程理论，以及混合声场计算模型；第4章介绍了典型深海斜坡、海底山、海沟和中尺度涡旋等复杂海洋中的声传播现象、机理和声场空间相关特性；第5章介绍了深海声学反演方法，主要包括海洋声层析和海底参数声学反演，为声呐在深海应用提供环境支持；第6章介绍了与深海探测相关的环境噪声场特性与模型、深海混响模型与衰减规律；第7章主要介绍了典型的深海直达声区和声影区（海底反射声区）的声传播特征，以及利用深海多途到达特征、宽带声源干涉结构与声源位置参数关系实现水下目标定位的各类方法；第8章介绍了深海声学实验技术和探测原理，以及与海上实验验证相关的深海大深度接收系统和自主发射潜标系统；第9章给出了深海声学与探测技术未来发展展望。
在本书撰写过程中，得到了中国科学院声学研究所声场声信息国家重点实验室张仁和院士的指导，郭永刚研究员、江磊研究员和韩一丁高级工程师等负责了深海声学接收和发射设备的研发工作，部分成果内容得到李风华研究员、王海斌研究员、彭朝晖研究员、郭良浩研究员、周士弘研究员、鄢锦研究员、任云研究员、王光旭副研究员、何利副研究员、余炎欣副研究员、吴双林博士、孙梅博士和刘若芸博士的大力支持，部分内容来自李文、胡治国、李晟昊、蒋东阁、李鋆、吴丽丽、李梦竹、刘姗琪、吴俊楠、张青青、王梦圆、杨习山、肖瑶、刘一宁、王龙昊、肖鹏等研究生的毕业论文，西北工业大学刘文旭、陈栋、李杰美慧、张英豪等研究生参与了部分章节的写作，中国科学院沈阳自动化研究所俞建成研究员在水下滑翔机和AUV平台撰写方面给予了支持，中船重工集团第七○四研究所的田立群副主任等对本书的编辑出版组织等给予了帮助与支持，在此一并表示感谢。
本书的研究工作先后获得了国家自然科学基金重点项目、国际合作项目、面上项目，以及国家全球变化与海气相互作用专项、973重大基础研究项目、科技部海洋863重大项目和国家重点研发计划项目的资助，在此表示感谢。
书中涉猎的深海声学与探测技术面较广，鉴于作者水平与经验有限，难免有所疏漏，敬请读者批评指正。

作者
2020年8月

本书较为系统地介绍了深海声学与探测技术的相关思想、原理和方法。全书共分9章，包括深海环境的复杂性、深海声传播理论、典型深海环境声传播现象、深海环境声学反演方法、深海探测中环境噪声和混响干扰、深海声学探测方法与技术、深海声学实验技术和设备等诸多方面。
本书重点强调声学反演与探测相关的理念，力求叙述深入浅出。

李整林，中国科学院声学研究所研究员，声场声信息国家重点实验室副主任，中国声学学会水声学分会副主任。

杨益新，西北工业大学航海学院院长，教授，水下信息与控制重点实验室主任，中国声学学会水声学分会主任。

1.深海海洋环境与陆地上的地形地貌和大气环境一样复杂多变，研究深海中的声学问题与探测技术颇具重要意义。
2.本书填补了我国国内还没有专门讨论有关深海声学与探测技术专著的空白。
3.著作专门针对深海声学与探测技术问题，重点强调声学反演与探测相关的理念，力求深入浅出，内容全面但不失专业性。
4.著作为我国走出浅海、走向深海的海上战略空间“两洋一海”（我国南海、西太平洋和印度洋）深海区科研工作，提供了颇有价值的指导和参考。