Wave Propagation and Time Reversal in Randomly Layered Media pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Jean-Pierre Fouque

出品人:

页数:636

译者:

出版时间:2007-7-16

价格:GBP 59.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780387308906

丛书系列:

图书标签:

• Math
• Wave propagation
• Time reversal
• Random media
• Layered media
• Electromagnetics
• Acoustics
• Scattering
• Localization
• Inverse problems
• Signal processing

好的，这是一份关于《随机分层介质中的波传播与时间反演》的图书内容简介，重点阐述该领域内的关键概念、挑战以及前沿研究方向，但不直接引用或描述您指定书名中的具体内容。 --- 书名（示例，非您的书名）： 《随机介质中的波动力学：从散射理论到成像技术》 图书简介 本书旨在系统深入地探讨波在复杂、无序介质中的传播行为，并聚焦于如何利用这些特性实现高效的波场控制与成像。我们生活在一个充满不确定性的物理环境中，无论是地球内部的地震波传播、水下声波的复杂路径，还是生物组织中的电磁波散射，都涉及波与随机结构之间的相互作用。理解和量化这种相互作用是现代物理学、工程学和地球科学中的核心挑战。 第一部分：基础理论与随机散射 本书首先为读者奠定坚实的理论基础，详细阐述了描述波传播的偏微分方程，并引入了处理随机性的数学工具。重点关注随机介质的统计描述，例如功率谱密度和自相关函数，这些是刻画介质无序程度的关键参数。 在散射理论部分，我们将从单次散射近似（如Born近似）逐步过渡到更高阶的多次散射理论。深入分析了长波近似（Rayleigh散射）和短波近似（几何光学）在随机介质中的适用边界和局限性。我们着重探讨了平均场理论和相干/非相干散射分解，这是理解波在强散射环境中行为的基石。相干场描述了有序的、可预测的传播分量，而背散射和前向散射的非相干部分则包含了系统的无序性所带来的随机噪声和能量耗散。 一个核心议题是局域化现象。当散射体的随机性达到一定程度时，波的传播可能会被抑制，能量被束缚在局部区域内，即安德森局域化（Anderson Localization）。本书将详细分析不同维度和不同类型的随机势下局域化的判据，并探讨如何通过引入时间依赖性或非厄米特性来调控这一现象。 第二部分：波场统计与尺度效应 在随机介质中，波的整体行为无法通过确定性方法精确预测，因此统计描述成为关键。本书深入研究了波场幅度和相位分布的统计特性，包括它们的概率密度函数（如高斯分布、瑞利分布）。我们将探讨传播的扩散过程，特别是当散射体密度足够高时，波场的能量如何随距离呈扩散规律演化，并引入玻尔兹曼输运方程来描述这种宏观行为。 介质的尺度效应是另一个不可忽视的方面。本书对比了均质随机介质与分层随机介质的差异。分层结构引入了各向异性，使得波的传播速度和衰减率在不同方向上显著不同。我们将分析界面反射和透射的统计规律，特别关注多层结构中多重反射的累积效应。 此外，背散射增强（Backscattering Enhancement）现象将在书中得到详尽论述。这种现象是由于波在随机介质中经历的路径中，存在一对互为镜像的路径，使得从散射源返回的波产生相干叠加，从而在背向形成一个尖锐的峰值。理解和利用这一峰值对于无损检测和遥感至关重要。 第三部分：波场控制与高级成像技术 认识了随机介质中的传播机制后，本书将重点转向如何利用这些知识实现对波场的精确控制和高分辨率成像。 时间反演（Time Reversal, TR）技术作为一种强大的波场重构工具，将在书中占据重要地位。TR的核心思想是利用系统的互易性，将接收到的复杂波场信号进行时间反演并重新发射，理论上可以使波场聚焦回原始的发射源位置。我们将详细分析TR在随机介质中的局限性，特别是当介质的散射强度过高导致相干性丧失时，标准TR的性能下降问题。为此，本书会介绍“广义时间反演”和“自适应时间反演”等改进方法，旨在恢复因随机性而丢失的聚焦能力。 在成像方面，本书将介绍波场重构（Wave Field Reconstruction）方法。传统的成像技术往往依赖于清晰的传播路径，但在强散射介质中，直接的单次反演是不可行的。我们介绍如何通过多次迭代或优化算法，从接收到的复杂信号中提取出介质的结构信息。这包括层析成像（Tomography）和散射波成像（Scattering Imaging）技术，后者特别关注如何分离出那些被困在强散射区域内的目标信号。 第四部分：应用与前沿课题 最后，本书将探讨随机波动力学在多个工程和科学领域的实际应用。这包括： 1. 地球物理勘探： 模拟地壳和地幔中的地震波衰减和速度扰动，以提高深部结构成像的精度。 2. 水声通信与海洋环境： 应对海洋表面的湍流和水下多路径效应，优化声学信道建模和水声通信的可靠性。 3. 光学成像与生物医学： 克服组织散射对光学成像的限制，探索使用时间反演或相干合成技术实现深层组织的可视化。 4. 超材料与人工结构： 利用对随机结构的理解来设计具有特定波传输特性的新型功能材料，例如用于控制声波或电磁波的拓扑绝缘体或局域化结构。 本书适合从事声学、电磁学、地震学、光学等领域的研究人员、高年级本科生和研究生。它要求读者具备扎实的数学物理基础，特别是傅里叶分析和线性代数知识，是深入理解随机介质中波现象的参考性著作。 ---

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