Experimental Acoustic Inversion Methods for Exploration of the Shallow Water Environment pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Caiti, A. (EDT)/ Hermand, Jean-Pierre (EDT)/ Jesus, Sergio (EDT)/ Porter, Michael (EDT)

出品人:

页数:302

译者:

出版时间:2000-7

价格:$ 190.97

装帧:HRD

isbn号码:9780792363057

丛书系列:

图书标签:

声学反演
浅水环境
勘探
实验方法
水声学
地球物理学
信号处理
海洋环境
海底地质
反演算法

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具体描述

In recent years, research on acoustic remote sensing of the ocean has evolved considerably, especially in studying complex physical and biological processes in shallow water environments. To review the state of the art, an international workshop was held at Carvoeiro, Portugal, in March 1999, bringing together leading international researchers in the field. In contrast to much of the recent theoretical work, emphasis was placed on the experimental validation of the techniques. This volume, based on presentations at this workshop, summarizes a range of diverse and innovative applications. The invited contributions explore the use of acoustics to measure bottom properties and morphology, as well as to probe buried objects within the sediment. Within the water column, sound is applied to imaging of oceanographic features such as currents and tides or monitoring of marine life. Another key theme is the use of sound to solve geometric inverse problems for precise tracking of undersea vehicles. Audience: This volume should be useful both to the novice seeking an introduction to the field and to advanced researchers interested in the latest developments in acoustic sensing of the ocean environment. The workshop was sponsored by the Fundacao para a Ciecia e a Tecnologia (Portuguese Foundation for Science and Technology).

浅水环境声学探测与反演：理论、技术与应用前沿作者：资深海洋声学与地球物理学家团队出版社： [此处填写一个权威的学术出版社名称，例如：麻省理工学院出版社或斯普林格出版社] 出版日期： 2024年10月 --- 图书概述《浅水环境声学探测与反演：理论、技术与应用前沿》是一部全面、深入探讨利用声波技术对复杂浅水海域进行高精度环境参数获取、地质结构成像及海洋现象监测的综合性专著。本书聚焦于当前海洋科学、地球物理勘探、水下工程及国家安全领域对浅水环境精细化理解的迫切需求，系统梳理了从基础声学理论到前沿反演算法的全过程。全书结构严谨，内容涵盖了浅水波导声传播的独特机制、多物理场耦合效应的建模、高分辨率声学成像技术以及面向特定海洋工程问题的应用实例。本书旨在为海洋声学研究人员、地球物理勘探工程师、水下机器人开发者以及从事海洋资源开发和环境保护的高级学生和专业人士提供一本兼具理论深度和实践指导价值的参考手册。 --- 详细章节内容提要第一部分：浅水声学环境与传播基础第1章：浅水环境的物理特性与挑战本章首先界定浅水环境的地理和声学特征，包括水深变化、海底底质（沙层、泥层、岩石层）的复杂性、温度和盐度梯度引起的声速剖面变化（如温跃层、声速夹层）。重点分析了这些因素对声波传播的散射、吸收和多次反射效应的影响，明确了浅水环境与深海传播在理论建模上的关键差异。本章详细讨论了浅水波导效应（如本征模理论）的数学描述及其在实际海洋环境中的限制。第2章：声传播建模的高级方法深入探讨了适用于浅水条件的声传播模型。内容包括：波动方程求解：有限元法（FEM）和有限差分法（FDM）在处理复杂边界条件和非均匀介质中的应用与效率比较。快速近似方法：射线追踪法的改进版本，尤其针对高频段和浅水复杂地形的适应性。模式理论的扩展：详细解析了基于本征函数展开的模式匹配方法，并引入了考虑海底散射和吸收的非正交本征函数处理技术。波导函数理论与Pade近似在浅水长距离传播预测中的应用。第3章：目标与环境的声学特性本章集中分析了目标体（如沉船、水下结构、生物体）在浅水声场中的散射特性，以及背景噪声源的统计模型。重点讨论了：海底声学阻抗与反射系数：基于Biot或类Grassberg模型对多孔沉积物的声学响应建模。浑浊度与气泡对声衰减的影响：量化分析了水体中的悬浮物和微小气泡对高频声波能量损失的贡献。 --- 第二部分：高精度声学反演理论与技术第4章：反演问题的基本框架与参数估计系统性地介绍了声学反演的数学基础，即将观测到的声学数据（如声压、到达时间、谱特征）映射到未知的环境参数（如海底声速剖面、层厚度、声速梯度）。本章详细阐述了：线性化与非线性反演：从最小二乘法到梯度下降法的不同优化策略。目标函数的设计：如何构造能有效区分不同环境参数的代价函数，包括数据空间匹配和模型空间约束。参数敏感性分析：评估不同观测几何和频率选择对反演精度和稳定性的影响。第5章：全波形反演（FWI）在浅水中的实现本章专注于全波形反演技术，这是当前浅水反演领域最前沿的方法之一。内容侧重于如何克服浅水环境中的高阶次反射和模式混叠问题：伴随状态法（Adjoint State Method）：详细推导了浅水声场伴随方程的建立，以高效计算梯度信息。正演模型的选择： FWI对正演模型精度的极高要求，以及如何整合波动方程求解器。初值依赖性与全局收敛策略：讨论了多尺度反演、频率分步策略以及正则化技术在提高FWI鲁棒性中的作用。第6章：统计反演与贝叶斯方法针对浅水环境中固有的不确定性和随机性，本章介绍了基于概率论的反演框架：马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC）方法：在高维环境参数空间中进行有效采样，以获得完整的后验概率分布。变分贝叶斯方法：用于快速估计主要参数及其不确定性。数据同化技术：将时间序列观测数据与先验模型知识融合，实现对动态浅水环境的实时监测。 --- 第三部分：应用系统与工程实践第7章：浅水海底参数成像与地质解释本章聚焦于将声学反演结果转化为具体的地质信息。讨论了如何区分不同的海底类型（如软泥、硬岩基底）以及对浅层沉积层的厚度和声速进行高分辨率重建。内容包括：宽带声学数据的反演流程：如何利用不同频率信息互补，提高深层结构的分辨率。声学岩性判别图谱的构建：基于实测数据和理论模型，建立声学参数与工程地质参数（如剪切波速、孔隙度）之间的转换关系。第8章：水下目标探测与环境效应补偿本章探讨了如何利用反演得到的环境模型，优化水下目标（如潜艇、水雷）的探测、定位和跟踪性能。动态环境下的信号处理：针对由声速变化导致的信号畸变，应用逆散射（Inverse Scattering）技术进行目标成像。水下声学成像仪器的优化设计：基于已知的浅水环境特性，指导声纳阵列的布局和波束形成算法的选择。第9章：浅水环境监测与海洋工程应用实例本章提供了多个实际案例，展示了反演方法的工程价值：海洋能源勘探：利用高精度海底声学模型进行油气或可燃冰的地球物理勘探。水下基础设施监测：对海底管道、电缆的埋深、冲刷状态的长期声学监测技术。浅水水文动力学监测：利用多频带声学数据反演潮汐、洋流引起的声速扰动。 --- 目标读者与特色本书的特色在于其理论的系统性与方法的先进性的完美结合。它不仅详尽阐述了经典声学反演的数学基础，更着重介绍了近年来在全波形反演、深度学习辅助反演等领域取得的突破性进展，并辅以大量实际观测数据验证的案例分析。目标读者群包括：从事海洋声学、水下目标跟踪、海洋地球物理领域的科研人员和研究生。从事海洋工程勘察、水下资源开发的行业工程师。需要掌握先进声学建模和反演工具的军事与安全研究人员。通过阅读本书，读者将能够深刻理解浅水声场传播的复杂性，掌握建立高精度环境模型和实现复杂地质参数反演的关键技术。