Акустическая океанография. Основы и применения

Предлагаемая книга — руководство по акустике океана, написанное с учетом последних достижений в этой области. В ней изложены основы теории распространения звука в океане и описаны методы применения этой теории для обнаружения и отождествления объектов в море, определения рельефа и характера морского дна и слагающих его пород. В каждую главу включены задачи теоретического и прикладного характера, а также рекомендуемая литература.
Книга рассчитана на научных работников и инженеров, работающих в области акустики океана, океанологии, геофизики и морской биологии, а также на студентов и аспирантов соответствующих специальностей.

Оглавление
ОТ РЕДАКТОРА ПЕРЕВОДА
ПРЕДИСЛОВИЕ К СЕРИИ КНИГ ПО ИНЖЕНЕРНОМУ ОБЕСПЕЧЕНИЮ РАБОТ В ОКЕАНЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ
ГЛАВА 1. МОРЕ С АКУСТИЧЕСКОЙ ТОЧКИ ЗРЕНИЯ
1.1. Как все началось
1.2. Стратификация моря
1.3. Взволнованное море
1.4. Поверхность моря
1.5. Океаническое дно: раздвигание и формирование
1.6. Жизнь в море
Задачи
Рекомендуемая литература
ГЛАВА 2. ЗВУКОВЫЕ' ВОЛНЫ И ПРИНЦИП ГЮЙГЕНСА
2.1. Импульсные возмущения
2.2. Принцип Гюйгенса
2.3. Возмущения в среде, создаваемые непрерывной волной: синусоидальные сигналы
2.4. Системы источников непрерывных волн
2.5. Использование комплексных чисел для анализа поля систем источников
2.6. Отражение сферических волн: зоны Френеля
2.7. Распространение волн
2.8. К решению волнового уравнения
2.9. Коэффициенты отражения и прозрачности для плоской волны
2.10. Отражение от тонких слоев и прохождение через них
Задачи
ГЛАВА 3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ОКЕАНЕ
3.1. Излучаемая мощность
3.2. Лучевая картина
3.3. Затухание звука, обусловленное его поглощением
3.4. Уравнение гидролокации
Задачи
Рекомендуемая литература
ГЛАВА 4. СИГНАЛЫ, ФИЛЬТРЫ И СЛУЧАЙНЫЕ ФУНКЦИИ
4.1. Фурье-представление
4.2. Фильтры и шум
4.3. Временное разрешение и ширина частотной полосы сигналов
4.4. Улучшение отношения сигнал/шум
Задачи
Рекомендуемая литература
ГЛАВА 5. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
5.1. Гидроакустические системы
5.2. Преобразователи и их направленность
5.3. Ближнее и дальнее поля антенн
5.4. Мощные преобразователи
Задачи
ГЛАВА 6. РАССЕЯНИЕ И ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКА ТЕЛАМИ И ПУЗЫРЬКАМИ
6.1. Роль тел и пузырьков в рассеянии звука
6.2. Рассеяние звука на сферах
6.3. Пузырек
6.4. Многократное рассеяние и затухание звука
6.5. Другие эффекты рассеяния
Задачи
ГЛАВА 7. ИЗУЧЕНИЕ РЫБ И ДРУГИХ ОРГАНИЗМОВ В МОРЕ
7.1. Характеристики рассеяния морских организмов
7.2. Сигнал, рассеянный рыбой или другими телами
7.3. Интенсивность эхо-сигнала и уровни реверберации
7.4. Объемное рассеяние в океане
7.5. Подсчет эхо-сигналов; оценка числа особей в единице объема
7.6. Профиль концентрации рыб
Задачи
Рекомендуемая литература
ГЛАВА 8. СЕЙСМИЧЕСКИЕ И АКУСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ МОРСКОГО ДНА
8.1. Морское дно
8.2. Осадки
8.3. Сейсмические измерения на море
8.4. Эхолотирование морского дна
Задачи
Рекомендуемая литература
ГЛАВА 9. ДАЛЬНЕЕ ВОЛНОВОДНОЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА
9.1. Решение в виде нормальных волн в волноводе
9.2. «Реальные» волноводы
9.3. Распространение звука в волноводе: расчет и эксперимент
9.4. Дисперсия: фазовая и групповая скорости
Задачи
Рекомендуемая литература
ГЛАВА 10. РАССЕЯНИЕ И ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКА ШЕРОХОВАТЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ
10.1. Принцип Гюйгенса и интеграл Гельмгольца—Кирхгофа
10.2. Дифракция импульсного сигнала на участке плоскости
10.3. Эффект Доплера для движущихся объектов, поверхности моря и судов
10.4. Средний коэффициент отражения от статистически неровных поверхностей
10.5. Средний квадрат давления
10.6. Дистанционные исследования морского дна
Задачи
Рекомендуемая литература
ПРИЛОЖЕНИЕ А1. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ФОРМУЛЫ
А1.1. Алгебра
А1.2. Тригонометрия
А1.3. Экспоненциальные и логарифмические функции
A.I.4. Дифференцирование в неявном виде
А1.5. Интегралы
А1.6. Разложение в ряд
А1.7. Случайные события
ПРИЛОЖЕНИЕ А2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВОЛН
А2.1. Комплексные числа и переменные
Задачи
А2.2. Трехмерное волновое уравнение
А2.3. Решения волнового уравнения и граничные условия
А2.4. Измерения вблизи поверхности раздела: стоячие волны
А2.5. Конечная амплитуда, нелинейные эффекты при распространении звука
Рекомендуемая литература
ПРИЛОЖЕНИЕ АЗ. ДИФРАКЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ И ПОТЕРИ В СРЕДЕ
А3.1. Звуковое поле вблизи фокуса
АЗ.2. Релаксационные процессы и поглощение
ПРИЛОЖЕНИЕ А4. ФУРЬЕ-ПРЕОБРАЗОВАНИЯ; ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
А4.1. Конечное фурье-преобразование
А4.2. Конечное фурье-преобразование и бесконечные ряды и интеграл
А4.3. Импульсный источник и 6(7)
А4.4. Сигналы и фильтры
А4.5. Ковариация и корреляция сигналов
А4.6. Функция корреляции и спектральная плотность сигналов
А4.7. Согласованный фильтр и корреляционный приемник
ПРИЛОЖЕНИЕ А5. ИСТОЧНИКИ И АНТЕННЫ
А5.1. Монопольные и дипольные источники
А5.2. Круглый поршневой преобразователь
А5.3. Формирование диаграммы направленности антенными решетками
ПРИЛОЖЕНИЕ А6. РАССЕЯНИЕ ЗВУКА ПУЗЫРЬКАМИ
А6.1. Резонансные частоты пузырьков; постоянные затухания и акустические сечения; зависимость от физических параметров
А6.2. Дисперсия звука в воде с пузырьками
А6.3. Исследование влияния пузырьков в море Рекомендуемая литература
ПРИЛОЖЕНИЕ А7. ЭХО-СИГНАЛЫ ОТ РЫБ, РЕЗОНАНС
А7.1. Функция плотности вероятности эхо-сигналов
А7.2. Вычисления резонансной частоты плавательного пузыря рыбы
ПРИЛОЖЕНИЕ А8. МОРСКИЕ ОСАДКИ
А8.1. Упругие постоянные и скорость звука в морских осадках
А8.2. Коэффициент затухания и Q
А8.3. Отражение от поверхности раздела жидкость—твердое тело
А8.4. Отражение от полупространства с потерями
ПРИЛОЖЕНИЕ А9. АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ В ВОЛНОВОДЕ; СОГЛАСОВАННЫЕ АНТЕННЫ, УЛУЧШАЮЩИЕ ОТНОШЕНИЕ СИГНАЛ/ШУМ; НЕПРЕРЫВНО ИЗМЕНЯЮЩАЯСЯ СРЕДА
А9.1. Антенные решетки источников и прием¬ников звука в волноводе
А9.2. Отношение сигнал/шум и согласованная антенна
Рекомендуемая литература
ПРИЛОЖЕНИЕ А10. РАССЕЯНИЕ ЗВУКА ШЕРОХОВАТОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ. ПРОХОЖДЕНИЕ ЧЕРЕЗ НЕЕ ЗВУКА
А10.1. Интеграл Гельмгольца—Кирхгофа
А10.2. Приближения
А10.3. Граничные волны от бесконечных плоских полос
А10.4. Рассеяние импульса на неровной поверхности с длинными гребнями
А10.5. Рассеяние непрерывного тонального сигнала, излучаемого направленным источником
А10.6. Оценки функции рассеяния для поверхности
А10.7. Прохождение звука через поверхность . Рекомендуемая литература
ЛИТЕРАТУРА
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ