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本书由两名俄罗斯学者和一名美国学者合著，是一部涵盖浅海声学领域*研究的权威性著作。主要内容包括：浅海海洋学、地质学中的声学特性；介质均匀分层、非均匀、非平稳及随机非均匀等浅海波导中的声传播理论、建模方法及海上试验实例；浅海中的低频海底混响、噪声场特性、建模与试验方法；与现代信号处理技术相结合的海底介质声学参数的多种反演方法，以及匹配场、模滤波、时间反转镜等浅海中的声定位技术。

第1 章 什么是浅海声学 ........................................................................... 1

1.1 浅海与深海的区别 ....................................................................... 1

1.2 浅海声学的过去与现状 ............................................................... 4

1.3 浅海声学的未来 ......................................................................... 12

1.4 以往研究热点——回顾与更新 .................................................. 16

第2 章 沿岸海洋学、地质学和生物学 .................................................. 20

2.1 作为声波导的沿海 ..................................................................... 20

2.2 海水特性：沿深度分层及季节性变化 ...................................... 22

2.3 水平分层及其变化：锋面、涡旋、表面声道和风暴潮 .................. 27

2.4 海洋表面动力学：表面波 ......................................................... 36

2.5 海洋中的动力学过程：潮汐和内波 .......................................... 38

2.6 沿岸内波试验研究 ..................................................................... 48

2.7 沿岸地理学和地球物理学 ......................................................... 57

2.8 沉积层的声学特性 ..................................................................... 62

2.9 海底粗糙度 ................................................................................. 70

2.10 固态及多成分分层海底模型 ................................................... 73

2.11 沿岸生物的声学特性 ............................................................... 78

第3 章 声传播理论基础 ......................................................................... 87

3.1 吸收边界分层波导中的点源声场.............................................. 87

3.2 Pekeris 模型 ................................................................................ 94

3.3 扰动理论和WKB 法 ................................................................ 103

3.4 射线声场及射线-简正波关系 ................................................... 111

3.5 浅海局部非均匀波导中的模式耦合 ........................................ 121

3.6 浅海缓变非均匀波导中的模式耦合 ........................................ 126

3.7 浅海中的水平折射（三维问题） ............................................ 133

3.8 抛物方程 ................................................................................... 147

第4 章 解释波导传播特性的样例 ........................................................ 155

4.1 常见传播损失实例（含浅海声衰减的简化理论） ................ 155

4.2 固态、多成分、多孔弹性及分层海底模型的简化描述 ................ 167

4.3 频率 ................................................................................... 172

4.4 声场的干涉结构和干涉不变量 ................................................ 176

4.5 浅海波导中声信号的频散 ....................................................... 182

4.6 波导中声场的平均表征 ........................................................... 192

第5 章 随机非均匀浅海中的声场 ........................................................ 203

5.1 不同种类随机非均匀的结构和模型 ........................................ 203

5.2 用相干和非相干分量描述随机声场 ........................................ 207

5.3 模间相互作用方程 ................................................................... 208

5.4 声强方程 ................................................................................... 214

5.5 扩散方程和平均衰减规律 ....................................................... 219

5.6 几个例子 ................................................................................... 223

5.7 出现本底内波时的声场起伏.................................................... 233

5.8 声强起伏的模型与统计特性.................................................... 241

第6 章 浅海中的低频海底混响 .............................................................. 250

6.1 海底对声波的后向散射 ........................................................... 250

6.2 规则波导中海底混响的模式理论 ............................................ 256

6.3 低频海底混响的数值仿真 ....................................................... 261

6.4 用扩展阵研究远程混响 ........................................................... 265

6.5 随机非均匀波导中的远程混响 ............................................... 271

第7 章 逆问题 ....................................................................................... 279

7.1 一般考虑：线性逆问题 ........................................................... 279

7.2 海底与海水对?q1 及求逆影响的比较 ...................................... 285

7.3 广义逆的解及误差，及来自科珀斯·克里斯蒂的例子 ................ 291

7.4 用多种数据类型反演非线性海底特性的范例 ........................ 299

7.5 宽带试验以及海底参数与频率的关系 .................................... 305

7.6 利用环境噪声源反演海底地声参数 ........................................ 314

第8 章 信号处理 ................................................................................... 321

8.1 数据处理技术的原理 ............................................................... 321

8.2 浅海中的匹配场处理 ............................................................... 329

8.3 浅海中声场的空间相干性和阵列信号增益 ............................ 340

8.4 模滤波 ....................................................................................... 349

8.5 浅海声场中的时间反转镜 ....................................................... 364

8.6 声学不确定性 ........................................................................... 374

第9 章 浅海噪声场 ............................................................................... 381

9.1 噪声源模型：一般方程 ........................................................... 381

9.2 波导中海面噪声源声场的连续谱和离散谱之间的关系 ................... 392

9.3 海底吸收系数的频率特性对噪声谱的影响 ............................ 396

9.4 声场垂直指向性及随机非均匀性的影响 ................................ 399

9.5 声速剖面对噪声强度垂直分布的影响 .................................... 410

第10 章 浅海声学设备和试验考虑事项 .............................................. 416

10.1 用于大尺度声学监测的频段 ................................................. 416

10.2 低频声源 ................................................................................. 418

10.3 声接收阵及大陆架上的大范围声学观测试验设计 ................. 432

第11 章 未来 ......................................................................................... 443

11.1 简介 ......................................................................................... 443

11.2 物理海洋学 ............................................................................. 443

11.3 海底声学特性 ......................................................................... 447

11.4 声传播理论和建模的新方向 .................................................. 449

11.5 与随机效应有关的物理现象 .................................................. 450

11.6 反演问题 ................................................................................. 451

11.7 信号处理 ................................................................................. 453

11.8 海洋学、声学设备和调查方法的近和未来进展 .............. 455

附录A 波与信号 .................................................................................... 458

A.1 解析信号和波 .......................................................................... 458

A.2 表面波 ...................................................................................... 464

A.3 内波 .......................................................................................... 472

A.4 声波 .......................................................................................... 482

附录B 点源声场的模式分解（格林函数） ......................................... 488

附

Boris Katsnelson出生在俄罗斯的库尔斯克。1972年，他从沃罗涅日州立大学获得物理学学士学位，1976年从沃罗涅什大学获得理论物理学博士学位。之后，他在沃罗涅茨大学的物理系担任高级科学家，之后担任教授。Valery Petnikov出生于俄罗斯莫斯科，毕业于莫斯科国立大学。他获得了俄罗斯科学院物理和数学研究所物理学博士学位。1975年至1979年，在苏联科学院地球物理研究所工作。1998年，他加入俄罗斯科学院(莫斯科)普通物理研究所波浪研究中心，担任同一实验室的负责人。James Lynch 于1972年从史蒂文斯理工学院获得物理学学士学位，1978年获得德克萨斯大学奥斯汀分校物理学博士学位。1978年至1981年，他在德克萨斯大学奥斯汀分校(ARL/UT)的应用研究实验室工作了3年，之后加入了伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的科研人员，目前担任应用海洋物理和工程系的资深科学家，研究的领域是海洋声学和声学海洋学。

程广利，毕业于海军工程大学振动与噪声研究所，现目前在海军工程大学电子工程学院任教，主攻海军水声技术专业。目前已在各大核心期刊发表多篇专业论文。张亚蕾 ，现目前在海军工程大学电子工程学院任教，主要研究水下工程。

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