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水声学经典著作的新生——《水声学》(第二版)出版

已有 5279 次阅读 2013-10-30 16:58 |个人分类:新书快递|系统分类:论文交流| 水声学, 再版

《科学通报》2013年(28-29)期发表书评:

http://csb.scichina.com:8080/kxtb/CN/abstract/abstract512591.shtml#

 

水声学是研究声波在水下产生、传播、接收及其应用的一门科学, 是声学的一个分支. 无线电波和光波在海水中传播衰减很大, 只有声波能在海中传播很远的距离,因此利用声波就成为水下探测、通信、导航和制导的最有效手段, 对海洋调查、海洋开发, 特别是水下作战具有重要作用. 第二次世界大战及战后年代发展了各种高性能的军用声纳和水下导航、通信、制导、引信、水声对抗等设备. 随着海洋开发的兴起, 水声测深、探鱼、测流、探测海底地层及矿藏的技术有很大发展, 水下声场研究发展也很快, 对水下声场各方面已有系统的了解. 水声传播理论对了解海中声场有重要意义. 波动方程通常可以用简正波理论和射线理论解决, 两者之间存在一定的转换关系.由于海洋环境非常复杂, 用纯理论方法常常得不到简单明了的结果. 20 世纪 80 年代以来, 建立了多种程序, 用计算机求解, 可以得到复杂情况下的数值结果, 也可以用计算机进行声场预报. 在军事上广泛利用声波进行水下探测、通信、导航、制导等. 水声系统在水下作战中占有重要地位.

国内从事水声学基础与应用研究的重要机构是中国科学院水声环境特性重点实验室(前身是中国科学院声学研究所第一研究室), 由汪德昭先生亲手创建, 是中国科学院声学研究所最早成立的实验室之一. 汪德昭(1905~1998)先生是我国著名物理学家、中国水声事业奠基人, 为我国国防水声学事业的开拓和建设做出了突出贡献. 1981 ,他同当时他的学生尚尔昌合作, 把他们30年的研究心得写成了我国水声学的第一本专著——《水声学》. 这本书以水声场的物理分析为基本重点, 系统地论述近代水声学研究所涉及的基本内容, 使读者深入了解在近代水声学研究中把经典场方法与统计方法综合考虑的必要性. 书中也反映了我国水声学在当时的研究进展和成果. 全书共分 12 ,分别简述了水声场的信息结构、建立声呐方程, 作为水声信道的海洋介质的某些特性, 水声场的基本概念及理论方法并较详细地讨论简正波与射线之间的变换问题, 对典型声场作理论分析, 讨论海洋中的背景场和介绍由传播算子构成噪声场时空相关函数的理论, 讨论目标源的特性、信号场的散射与起伏、声场数值预报与信道匹配问题, 水声信号处理问题(着重介绍声场的最佳时空处理问题, 并对近代水声探测系统作了简介), 水声换能器中的一些重要问题(包括结构体特别是弯张换能器的振动分析、声阵及测量技术等问题).

30多年过去了, 这期间水声学研究有了很大的变化与发展. 一是冷战结束后, 浅海声学成为热点领域, 二是随着计算机和网络的快速发展, 一些先进的声场信息理论与信号处理方法融于水声学, 且能实现实时运作. 如能对这部水声学经典著作进行修订和增补, 将会使《水声学》在新的形势下焕发新生. 汪先生已于 1998 年不幸去世, 因此, 科学出版社与尚尔昌先生商议, 承蒙尚先生慨然应允,愿意亲自修订补充, 形成了现在这本《水声学》(第二版).在浅海远程混响的研究方面, 20 世纪 80 年代以后, 已经把简正波理论应用到往返传播的两个环节上, 部分地反映了波导效应, 但是在散射环节上仍采用经验散射函数. 现在,微扰近似的全波动的混响理论给出了全波动的散射函数,使得形成混响的 3 个环节(往返传播以及界面散射)完全约束于描写波导散射场的格林公式之中. 20 世纪 80 年代以后提出的“波导不变量”的概念受到越来越多的注意, 具有很多潜在的应用价值, 包括被动声源定距、频散波形畸变的修复、纵向声场相关的改善等. 上述诸多进展在《水声学》(第二版)的修订过程中都作了适当的反映并加入了相应的参考文献. 相信该书对从事水声学、海洋物理以及地球物理的教学及科研人员会很有帮助.

另外, 本书还有另一方面重要的意义, 正如尚尔昌先生在前言中所述, “汪德昭院士已经逝世多年了, 《水声学》(第二版)的修订与出版也是对这位中国水声学的奠基人、笔者的恩师的一个纪念.

 

科学出版社  钱俊

 



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