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书名：水中目标声散射
定价：129.0
ISBN：9787030540270
作者：汤渭霖，范军，马忠成
版次：1
出版时间：2018-01
内容提要：
本书系统而深入地论述水中目标声散射的主要理论方法和现有成果，强调弹性声散射在水中目标散射中的作用。从主动声呐应用的角度出发，既照顾声呐工程应用的需求，又深入到结构声学的理论问题。内容包括基本概念和理论基础，基于Kirchhoff近似的目标几何声散射理论，弹性声散 射中流体-固体耦合的共振和表面波特性，目标声散射预报的数值计算方法和近似计算方法，亮点模型和修正亮点模型，海洋波导中目标散射与传播的耦合以及模拟和海上试验的基本方法。
目录：
目录
序
主要符号表
第1章 绪论 1
1.1 主动声呐与目标声散射 1
1.2 若干名词术语和定义 5
参考文献 13
第2章 目标声散射理论基础 14
2.1 目标声散射场微分方程描述 14
2.2 规则形状目标声散射简正级数解 21
2.3 声散射的Helmholtz积分公式和表面积分方程 31
2.4 目标声散射近场和远场 39
2.5 瞬态信号声散射时域解 43
附录2A 球和圆柱坐标系中应用力、应变和向量波动方程 45
附录2B 积分方程法与分离变量法等价性——刚性球散射例 47
参考文献 49
第3章 水中目标几何声散射 50
3.1 Kirchhoff近似和物理声学方法 50
3.2 凸光滑曲面上声散射——几何亮点概念及其数学基础 54
3.3 简单声呐目标的目标强度 60
3.4 物理声学方法的推广应用 70
参考文献 76
第4章 水中目标弹性声散射机理 77
4.1 规则弹性体声散射简正级数解 78
4.2 共振散射理论 89
4.3 表面环绕波分析理论 99
4.4 共振频率极点与环绕波波数极点 109
附录4A 实心球、球壳和实心圆柱、圆柱壳的特征行列元素 116
附录4B 绕数积分方法计算复数极点 119
参考文献 121
第5章 水中目标声散射与弹性表面波的联系 124
5.1 平面流-固界面上的表面波 125
5.2 有流体负荷弹性平板的波 130
5.3 弯曲流-固界面上的表面波 136
5.4 圆柱表面螺旋环绕波 146
5.5 薄平板中的弹性波 152
5.6 薄圆柱壳中的弹性波 157
5.7 周期性加肋薄板声散射 167
参考文献 175
第6章 水中目标声散射数值计算方法 178
6.1 Helmholtz表面积分方程和边界元法 179
6.2 有限元结合边界元方法 185
6.3 无限空间中有限元方法 188
6.4 T矩阵方法 196
6.5 波叠加方法 200
附录6A 结构有限元方程 206
附录6B 流体有限元方程 209
参考文献 211
第7章 水中目标声散射近似计算方法 215
7.1 目标回波的亮点模型 215
7.2 基于Kirchhoff近似的板块元方法 220
7.3 图形声学方法 228
7.4 变形柱方法 235
7.5 有限长弹性圆柱薄壳声散射 238
7.6 弹性体散射的声线综合法 248
参考文献 253
第8章 海洋波导中目标声散射 255
8.1 波导中目标散射的理论基础 255
8.2 波导中规则形状目标声散射镜像解析解 262
8.3 波导中目标散射的射线声学方法 270
8.4 波导中目标散射的波动声学方法 277
8.5 波导中目标散射的边界元方法 283
8.6 浅海波导中主动声呐方程适用性和等效目标强度概念 290
附录8A 球波函数沿z轴的平移变换加法定理 296
参考文献 297
第9章 水中目标声散射试验研究 299
9.1 声散射相似性和缩比模型 299
9.2 缩比模型回声试验方法 305
9.3 目标回声海上测试方法 312
9.4 潜艇回声特征 321
9.5 回声精细特征实验室测量 325
9.6 水中目标回声层析成像 328
参考文献 332
彩图
在线试读：
第1章 绪论
目标声散射是主动声呐的信息源。水中基于主动探测的声对抗中，目标声散射特征是工作的基础。一方面，根据目标声散射特征可以确定己方主动声呐的作用距离、探测概率和最佳识别策略等；另一方面，根据本舰（艇）声散射特征，通过采取隐身措施进行特征控制，提高本舰（艇）战斗力。这两方面都需要对目标声散射特征及其形成机理有深入的认识。
本章从总体的角度，介绍主动声呐与目标声散射的关系，特别是主动声呐方程中目标强度（Target Strength，TS）的作用。列举了声散射问题中重要的名词术语和定义，为全书的讨论打下基础。
1.1 主动声呐与目标声散射
水中目标包括军用的水面舰艇、潜艇、鱼雷、水雷和民用的沉船、失事航空器、鱼群、海底矿物、海岸、海底山等。探测的手段包括电磁（光）波、声波、磁场、水压场等，但是只有声探测可以达到远程。一般说来，电场、磁场、水压场等这些非声物理场，用灵敏的传感器都可以检测到，但可检测的距离大致与源本身的尺度在同一量级，因此都不能实现远距离探测。在水中只有声波能够传播几海里到上千海里（浬）。声波被用来在水中进行远距离探测、定位、识别、导航、通信和遥感、遥控。声波是水中**能远距离有效传递信息的物理场。
声呐是利用声波进行水中探测、定位、导航、通信的设备的总称。声呐的工作方式分为两种：被动探测和主动探测。由探测设备被动地接收、分析目标发出的噪声实现对目标的探测、定位和识别，称为被动声呐。由探测设备主动发射声波，通过接收、分析目标回波（即回声）实现对目标的探测、定位和识别，称为主动声呐。被动声呐的信息载体不是目标的回波，不属于本书的讨论对象。图1.1.1画出接收-发射（收-发）合置主动声呐工作的示意图。收-发合置换能器以一定的波束图发射声波，经过海洋信道传播后到达目标并产生散射波，其中按原路径返回的声波回到换能器。转入接收状态的换能器接收回波信号并送入处理设备，得出有关目标的判决结果。
声呐的性能取决于目标、传播信道和接收、处理设备的特性。声呐方程就是将这三者联系在一起的一个关系式。无论是被动声呐还是主动声呐，无论系统的接收、处理设备多么复杂，要完成一定的使命必须保证在其输入端满足信号级-干扰级＞检测阈（1.1.1）或最小可检测信号级-干扰级=检测阈（1.1.2）这就是声呐方程的基本出发点。当然，信号级、干扰级和检测阈都与目标、传播信道和接收、处理设备的特性有关，特别是检测阈还与声呐的任务、使命有关。
图1.1.1收-发合置主动声呐工作示意图
一般说来，主动声呐在探测远距离目标时的主要干扰是噪声。在噪声掩蔽背景下，收-发合置主动声呐的声呐方程是SL-2TL+TS=NL-DI+DT（1.1.3a）其中：SL是发射声源的声源级；
TL是从声源到目标或从目标返回到声源的传播损失；
TS是目标强度；
NL是接收器处的噪声级；
DI是接收指向性指数；
DT是检测阈；
EL=SL-2TL+TS是回声级；
NL-DI+DT是噪声掩蔽级。
而主动声呐在探测近距离目标时主要干扰是混响。混响是主动声呐特有的一种干扰，它伴随主动声呐发射的声信号而产生。由于海洋及其边界的不均匀性，声波在传播过程中遭遇这些不均匀性时发生散射。同时到达接收器的来自四面八方的所有散射能量的叠加就是混响。在混响背景下，主动声呐方程是SL-2TL+TS=RL+DT（1.1.3b）其中：RL是等效平面波混响级；RL+DT是混响掩蔽级。
由于混响和噪声的统计特性不同，混响背景下的检测阈与噪声背景时不同。
目标强度TS是潜艇或其他目标反射声波能力的度量，其定义见1.2节。在其他参数不变的情况下，目标强度的大小决定了主动声呐的探测性能,下面举例说明。
定义主动声呐的优质因素TL=[SL+TS-（NL-DI+DT）]/2（1.1.4）它表示主动声呐完成探测使命所能承受的传播损失。显然，优质因素越大，探测距离越远。在其他条件不变的情况下，目标TS的下降直接导致主动声呐优质因素的下降。取传播损失的近似公式（1.1.5）其中，f是频率，单位为千赫兹；r是距离，单位为米。设主动声呐对目标强度TS0的探测距离是r0，目标强度下降分贝后探测距离下降为r1，得到（1.1.6）其中，r1/r061，反映探测距离的下降。图1.1.2是数值计算结果，设声呐工作频率是5kHz和10kHz，原来的探测距离r0是5km和10km。由图可见，若目标强度下降10dB，主动声呐的探测距离r1下降为原来的60％～70％，即缩短约1/3。图1.1.2当然只是一个粗略估算结果，实际海洋中由于声速剖面和海底底质的作用，声传播规律不会像（1.1.5）式那么简单。
现代舰（艇）载主动声呐的工作频率一般在1.10kHz，脉冲宽度为几百毫秒到秒，信号形式主要是单频脉冲（CW）和调频脉冲（FM）。为了达到更远的探测距离和反隐身，主动声呐的工作频率可能降低到500Hz以下，脉冲宽度增加到数秒以上。另一方面，鱼雷主动声自导的工作频率一般在20.30kHz，脉冲宽度为几毫秒到几十毫秒。
水中目标声散射的研究受到越来越多的关注是基于以下几个原因。
（1）传统的声呐常常是主被动联合配置的，但是，因为主动探测方式承受双程传播损失，探测距离比较近，另外，主动声呐发射声波容易暴露自身，是一种非隐蔽的探测方式，所以在隐蔽性要求高的情况下通常尽量避免使用主动声呐。但是随着潜艇辐射噪声的大幅度降低，被动探测距离急剧减小，而主动探测可以探测噪声低甚至“装死”不动的安静目标。在这种情况下，主动声呐越来越受到重视是理所当然的。另一方面，像沉底和掩埋水雷以及海底沉物等这样一些寂静目标，主动探测是**有效的探测方式。正是由于这样一种需求背景，水中目标回波的研究受到越来越多的关注。
图1.1.2目标强度降低导致主动声呐作用距离下降
（2）随着声呐和现代电子及信号处理技术的发展，声呐的功能已经从单纯探测目标的有无发展到多目标的识别与跟踪。因此，对目标回波特性的要求已经不是局限于TS值，而是需要更精细的特征分析。例如，时域或频域特征乃至于时-频域的联合特征等。这就要求对目标散射的研究更深入细致，如目标的弹性共振特性，加肋、隔舱等目标精细结构的散射特性等。
（3）随着水中声对抗越演越烈，目标的声隐身已经成为水中作战平台和水中兵器的主要发展方向之一。声隐身主要包括低辐射噪声、低自噪声和低目标强度等三个方面。借鉴隐形飞机的发展经验，低目标强度的获得主要依靠外形的改变和吸波材料的敷设。为此需要有精确的目标回波预报模型，以便在线型设计时准确预报目标强度。
从实际应用的角度，水中目标散射的研究主要为主动声呐提供来自回声的目标信息。这些信息包括：目标运动引起的回声相对于发射声波的时间延迟，多普勒频移，尾流回声等外部特征；与目标本身尺度、形状、结构和表面声学特性有关的回声固有特征，例如，TS值的方位分布特征，回声的亮点分布特征等。
从理论的角度，水中目标声散射的研究必须深入到流体-固体界面的波运动和振动-声耦合。因此这种研究有助于揭示散射的物理机理，同时也促进了流-固界面波运动的研究。
1.2 若干名词术语和定义
为了便于讨论，这里集中给出一些基本概念和定义。对这些概念和定义的理解需要在具体问题中逐步深化。
1.目标强度（TS）和角检测率
TS是一个声呐参数，它是声呐方程中描述目标回声强弱或目标反射能力的量。适应声呐方程的需要，这个量用分贝来度量。由于主动声呐的工作体制多数是收-发合置的，因此除非特别申明，否则目标强度总是指收-发合置的或反向散射的情况。
目标强度定义为距离目标等效声学中心1m处由目标反射回来的声强与远处声源入射到目标上的声强之比的分贝（dB）数（1.2.1）其中，Ii是入射到目标上的声强，即设想目标不存在时该处的声强；是离目标1m处的回波声强。声呐方程中的目标强度是定义在远场中的。任何一个有限尺寸的辐射或散射体，远场中的声波都服从球面扩展规律，且局部可近似为平面波，声强与声压p有简单关系，是声介质的特性阻抗。因此上式中1m处的回波声强实际上是从远场中测量或计算的回波声强或声压按球面规律折算到1m距离的。由，目标强度的定义也可以表述为（1.2.2）这说明1m只是一个参考距离，并非实际测量距离。例如,有的声呐目标的尺寸达数米到数十米，不可能在1m处测量回波。因此，目标强度的值与参考距离有关。对同一目标，如果参考距离取为0.1m，那么TS值将增加20dB。所以，在做模型试验时，若模型缩小为原型的1/N，距离单位应取（1/N）m，这样测得的TS值等于原型按1m距离定义的TS值。
用简单的几何声学方法可以证明，半径为am的绝对反射球（反射系数等于1）的目标强度是TS=10lg（a/2）2（1.2.3）因此半径2m即直径4m的绝对反射球的目标强度是0dB。
另一点需要指出的是，目标强度实际上与入射脉冲的时间波形有关。由于大多数主动声呐采用长的连续波（CW）脉冲，因此若不加专门说明，目标强度是指稳态即足够长脉冲时的值，所以它只是频率的函数。后面将另外定义瞬态情况下的目标强度。
目标强度作为一个声呐参数直接影响声呐方程的解，如作用距离。可是，目标强度与探测的方位角有关，图1.2.1（a）所示为圆柱形水雷目标强度的方位特性。通常潜艇的目标强度随方位角的变化呈“蝴蝶”形，正横方向的目标强度要比艏艉方向的大得多。所以当主动声呐探测潜艇时，在不同的方位，作用距离有很大差别。而在实际情况下，敌我对抗时相对方位是随机的，这时目标强度应该取多大？因此需要一个能从整体上描述目标强度的量。另一方面，随着水中声对抗技术的发展，目标的隐身问题越来越重要。当目标表面敷贴吸声覆盖层以后，目标强度和方位特性都发生变化。如果仅用某个固定方向的TS值来评价隐身处理的效果将会发生问题。为了解决这些问题，引入一个与检测有关的量——角检测率，这是一个能够从整体上描述所有角度内目标强度大小的相对量。
图1.2.1圆柱形水雷TS值方位特性和角检测率
角检测率P（E）定义为对目标强度的某个阈值E，所有能够检测到目标（即TS＞E）的那些角度的和与总探测角度之比。在平面探测情况下，总探测角度是2。设目标强度与探测角度的依赖函数是TS（μ），μ是平面角。定义阶跃函数（1.2.4）角检测率可以表示为（1.2.5a）
这样定义的角检测率等价于下面的含义：当主动声呐探测目标时，假设目标的方位取向概率在2角度内均匀分布，对阈值E能探测到目标的概率。对于空间问
定价：129.0
ISBN：9787030540270
作者：汤渭霖，范军，马忠成
版次：1
出版时间：2018-01
内容提要：
本书系统而深入地论述水中目标声散射的主要理论方法和现有成果，强调弹性声散射在水中目标散射中的作用。从主动声呐应用的角度出发，既照顾声呐工程应用的需求，又深入到结构声学的理论问题。内容包括基本概念和理论基础，基于Kirchhoff近似的目标几何声散射理论，弹性声散 射中流体-固体耦合的共振和表面波特性，目标声散射预报的数值计算方法和近似计算方法，亮点模型和修正亮点模型，海洋波导中目标散射与传播的耦合以及模拟和海上试验的基本方法。
目录：
目录
序
主要符号表
第1章 绪论 1
1.1 主动声呐与目标声散射 1
1.2 若干名词术语和定义 5
参考文献 13
第2章 目标声散射理论基础 14
2.1 目标声散射场微分方程描述 14
2.2 规则形状目标声散射简正级数解 21
2.3 声散射的Helmholtz积分公式和表面积分方程 31
2.4 目标声散射近场和远场 39
2.5 瞬态信号声散射时域解 43
附录2A 球和圆柱坐标系中应用力、应变和向量波动方程 45
附录2B 积分方程法与分离变量法等价性——刚性球散射例 47
参考文献 49
第3章 水中目标几何声散射 50
3.1 Kirchhoff近似和物理声学方法 50
3.2 凸光滑曲面上声散射——几何亮点概念及其数学基础 54
3.3 简单声呐目标的目标强度 60
3.4 物理声学方法的推广应用 70
参考文献 76
第4章 水中目标弹性声散射机理 77
4.1 规则弹性体声散射简正级数解 78
4.2 共振散射理论 89
4.3 表面环绕波分析理论 99
4.4 共振频率极点与环绕波波数极点 109
附录4A 实心球、球壳和实心圆柱、圆柱壳的特征行列元素 116
附录4B 绕数积分方法计算复数极点 119
参考文献 121
第5章 水中目标声散射与弹性表面波的联系 124
5.1 平面流-固界面上的表面波 125
5.2 有流体负荷弹性平板的波 130
5.3 弯曲流-固界面上的表面波 136
5.4 圆柱表面螺旋环绕波 146
5.5 薄平板中的弹性波 152
5.6 薄圆柱壳中的弹性波 157
5.7 周期性加肋薄板声散射 167
参考文献 175
第6章 水中目标声散射数值计算方法 178
6.1 Helmholtz表面积分方程和边界元法 179
6.2 有限元结合边界元方法 185
6.3 无限空间中有限元方法 188
6.4 T矩阵方法 196
6.5 波叠加方法 200
附录6A 结构有限元方程 206
附录6B 流体有限元方程 209
参考文献 211
第7章 水中目标声散射近似计算方法 215
7.1 目标回波的亮点模型 215
7.2 基于Kirchhoff近似的板块元方法 220
7.3 图形声学方法 228
7.4 变形柱方法 235
7.5 有限长弹性圆柱薄壳声散射 238
7.6 弹性体散射的声线综合法 248
参考文献 253
第8章 海洋波导中目标声散射 255
8.1 波导中目标散射的理论基础 255
8.2 波导中规则形状目标声散射镜像解析解 262
8.3 波导中目标散射的射线声学方法 270
8.4 波导中目标散射的波动声学方法 277
8.5 波导中目标散射的边界元方法 283
8.6 浅海波导中主动声呐方程适用性和等效目标强度概念 290
附录8A 球波函数沿z轴的平移变换加法定理 296
参考文献 297
第9章 水中目标声散射试验研究 299
9.1 声散射相似性和缩比模型 299
9.2 缩比模型回声试验方法 305
9.3 目标回声海上测试方法 312
9.4 潜艇回声特征 321
9.5 回声精细特征实验室测量 325
9.6 水中目标回声层析成像 328
参考文献 332
彩图
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第1章 绪论
目标声散射是主动声呐的信息源。水中基于主动探测的声对抗中，目标声散射特征是工作的基础。一方面，根据目标声散射特征可以确定己方主动声呐的作用距离、探测概率和最佳识别策略等；另一方面，根据本舰（艇）声散射特征，通过采取隐身措施进行特征控制，提高本舰（艇）战斗力。这两方面都需要对目标声散射特征及其形成机理有深入的认识。
本章从总体的角度，介绍主动声呐与目标声散射的关系，特别是主动声呐方程中目标强度（Target Strength，TS）的作用。列举了声散射问题中重要的名词术语和定义，为全书的讨论打下基础。
1.1 主动声呐与目标声散射
水中目标包括军用的水面舰艇、潜艇、鱼雷、水雷和民用的沉船、失事航空器、鱼群、海底矿物、海岸、海底山等。探测的手段包括电磁（光）波、声波、磁场、水压场等，但是只有声探测可以达到远程。一般说来，电场、磁场、水压场等这些非声物理场，用灵敏的传感器都可以检测到，但可检测的距离大致与源本身的尺度在同一量级，因此都不能实现远距离探测。在水中只有声波能够传播几海里到上千海里（浬）。声波被用来在水中进行远距离探测、定位、识别、导航、通信和遥感、遥控。声波是水中**能远距离有效传递信息的物理场。
声呐是利用声波进行水中探测、定位、导航、通信的设备的总称。声呐的工作方式分为两种：被动探测和主动探测。由探测设备被动地接收、分析目标发出的噪声实现对目标的探测、定位和识别，称为被动声呐。由探测设备主动发射声波，通过接收、分析目标回波（即回声）实现对目标的探测、定位和识别，称为主动声呐。被动声呐的信息载体不是目标的回波，不属于本书的讨论对象。图1.1.1画出接收-发射（收-发）合置主动声呐工作的示意图。收-发合置换能器以一定的波束图发射声波，经过海洋信道传播后到达目标并产生散射波，其中按原路径返回的声波回到换能器。转入接收状态的换能器接收回波信号并送入处理设备，得出有关目标的判决结果。
声呐的性能取决于目标、传播信道和接收、处理设备的特性。声呐方程就是将这三者联系在一起的一个关系式。无论是被动声呐还是主动声呐，无论系统的接收、处理设备多么复杂，要完成一定的使命必须保证在其输入端满足信号级-干扰级＞检测阈（1.1.1）或最小可检测信号级-干扰级=检测阈（1.1.2）这就是声呐方程的基本出发点。当然，信号级、干扰级和检测阈都与目标、传播信道和接收、处理设备的特性有关，特别是检测阈还与声呐的任务、使命有关。
图1.1.1收-发合置主动声呐工作示意图
一般说来，主动声呐在探测远距离目标时的主要干扰是噪声。在噪声掩蔽背景下，收-发合置主动声呐的声呐方程是SL-2TL+TS=NL-DI+DT（1.1.3a）其中：SL是发射声源的声源级；
TL是从声源到目标或从目标返回到声源的传播损失；
TS是目标强度；
NL是接收器处的噪声级；
DI是接收指向性指数；
DT是检测阈；
EL=SL-2TL+TS是回声级；
NL-DI+DT是噪声掩蔽级。
而主动声呐在探测近距离目标时主要干扰是混响。混响是主动声呐特有的一种干扰，它伴随主动声呐发射的声信号而产生。由于海洋及其边界的不均匀性，声波在传播过程中遭遇这些不均匀性时发生散射。同时到达接收器的来自四面八方的所有散射能量的叠加就是混响。在混响背景下，主动声呐方程是SL-2TL+TS=RL+DT（1.1.3b）其中：RL是等效平面波混响级；RL+DT是混响掩蔽级。
由于混响和噪声的统计特性不同，混响背景下的检测阈与噪声背景时不同。
目标强度TS是潜艇或其他目标反射声波能力的度量，其定义见1.2节。在其他参数不变的情况下，目标强度的大小决定了主动声呐的探测性能,下面举例说明。
定义主动声呐的优质因素TL=[SL+TS-（NL-DI+DT）]/2（1.1.4）它表示主动声呐完成探测使命所能承受的传播损失。显然，优质因素越大，探测距离越远。在其他条件不变的情况下，目标TS的下降直接导致主动声呐优质因素的下降。取传播损失的近似公式（1.1.5）其中，f是频率，单位为千赫兹；r是距离，单位为米。设主动声呐对目标强度TS0的探测距离是r0，目标强度下降分贝后探测距离下降为r1，得到（1.1.6）其中，r1/r061，反映探测距离的下降。图1.1.2是数值计算结果，设声呐工作频率是5kHz和10kHz，原来的探测距离r0是5km和10km。由图可见，若目标强度下降10dB，主动声呐的探测距离r1下降为原来的60％～70％，即缩短约1/3。图1.1.2当然只是一个粗略估算结果，实际海洋中由于声速剖面和海底底质的作用，声传播规律不会像（1.1.5）式那么简单。
现代舰（艇）载主动声呐的工作频率一般在1.10kHz，脉冲宽度为几百毫秒到秒，信号形式主要是单频脉冲（CW）和调频脉冲（FM）。为了达到更远的探测距离和反隐身，主动声呐的工作频率可能降低到500Hz以下，脉冲宽度增加到数秒以上。另一方面，鱼雷主动声自导的工作频率一般在20.30kHz，脉冲宽度为几毫秒到几十毫秒。
水中目标声散射的研究受到越来越多的关注是基于以下几个原因。
（1）传统的声呐常常是主被动联合配置的，但是，因为主动探测方式承受双程传播损失，探测距离比较近，另外，主动声呐发射声波容易暴露自身，是一种非隐蔽的探测方式，所以在隐蔽性要求高的情况下通常尽量避免使用主动声呐。但是随着潜艇辐射噪声的大幅度降低，被动探测距离急剧减小，而主动探测可以探测噪声低甚至“装死”不动的安静目标。在这种情况下，主动声呐越来越受到重视是理所当然的。另一方面，像沉底和掩埋水雷以及海底沉物等这样一些寂静目标，主动探测是**有效的探测方式。正是由于这样一种需求背景，水中目标回波的研究受到越来越多的关注。
图1.1.2目标强度降低导致主动声呐作用距离下降
（2）随着声呐和现代电子及信号处理技术的发展，声呐的功能已经从单纯探测目标的有无发展到多目标的识别与跟踪。因此，对目标回波特性的要求已经不是局限于TS值，而是需要更精细的特征分析。例如，时域或频域特征乃至于时-频域的联合特征等。这就要求对目标散射的研究更深入细致，如目标的弹性共振特性，加肋、隔舱等目标精细结构的散射特性等。
（3）随着水中声对抗越演越烈，目标的声隐身已经成为水中作战平台和水中兵器的主要发展方向之一。声隐身主要包括低辐射噪声、低自噪声和低目标强度等三个方面。借鉴隐形飞机的发展经验，低目标强度的获得主要依靠外形的改变和吸波材料的敷设。为此需要有精确的目标回波预报模型，以便在线型设计时准确预报目标强度。
从实际应用的角度，水中目标散射的研究主要为主动声呐提供来自回声的目标信息。这些信息包括：目标运动引起的回声相对于发射声波的时间延迟，多普勒频移，尾流回声等外部特征；与目标本身尺度、形状、结构和表面声学特性有关的回声固有特征，例如，TS值的方位分布特征，回声的亮点分布特征等。
从理论的角度，水中目标声散射的研究必须深入到流体-固体界面的波运动和振动-声耦合。因此这种研究有助于揭示散射的物理机理，同时也促进了流-固界面波运动的研究。
1.2 若干名词术语和定义
为了便于讨论，这里集中给出一些基本概念和定义。对这些概念和定义的理解需要在具体问题中逐步深化。
1.目标强度（TS）和角检测率
TS是一个声呐参数，它是声呐方程中描述目标回声强弱或目标反射能力的量。适应声呐方程的需要，这个量用分贝来度量。由于主动声呐的工作体制多数是收-发合置的，因此除非特别申明，否则目标强度总是指收-发合置的或反向散射的情况。
目标强度定义为距离目标等效声学中心1m处由目标反射回来的声强与远处声源入射到目标上的声强之比的分贝（dB）数（1.2.1）其中，Ii是入射到目标上的声强，即设想目标不存在时该处的声强；是离目标1m处的回波声强。声呐方程中的目标强度是定义在远场中的。任何一个有限尺寸的辐射或散射体，远场中的声波都服从球面扩展规律，且局部可近似为平面波，声强与声压p有简单关系，是声介质的特性阻抗。因此上式中1m处的回波声强实际上是从远场中测量或计算的回波声强或声压按球面规律折算到1m距离的。由，目标强度的定义也可以表述为（1.2.2）这说明1m只是一个参考距离，并非实际测量距离。例如,有的声呐目标的尺寸达数米到数十米，不可能在1m处测量回波。因此，目标强度的值与参考距离有关。对同一目标，如果参考距离取为0.1m，那么TS值将增加20dB。所以，在做模型试验时，若模型缩小为原型的1/N，距离单位应取（1/N）m，这样测得的TS值等于原型按1m距离定义的TS值。
用简单的几何声学方法可以证明，半径为am的绝对反射球（反射系数等于1）的目标强度是TS=10lg（a/2）2（1.2.3）因此半径2m即直径4m的绝对反射球的目标强度是0dB。
另一点需要指出的是，目标强度实际上与入射脉冲的时间波形有关。由于大多数主动声呐采用长的连续波（CW）脉冲，因此若不加专门说明，目标强度是指稳态即足够长脉冲时的值，所以它只是频率的函数。后面将另外定义瞬态情况下的目标强度。
目标强度作为一个声呐参数直接影响声呐方程的解，如作用距离。可是，目标强度与探测的方位角有关，图1.2.1（a）所示为圆柱形水雷目标强度的方位特性。通常潜艇的目标强度随方位角的变化呈“蝴蝶”形，正横方向的目标强度要比艏艉方向的大得多。所以当主动声呐探测潜艇时，在不同的方位，作用距离有很大差别。而在实际情况下，敌我对抗时相对方位是随机的，这时目标强度应该取多大？因此需要一个能从整体上描述目标强度的量。另一方面，随着水中声对抗技术的发展，目标的隐身问题越来越重要。当目标表面敷贴吸声覆盖层以后，目标强度和方位特性都发生变化。如果仅用某个固定方向的TS值来评价隐身处理的效果将会发生问题。为了解决这些问题，引入一个与检测有关的量——角检测率，这是一个能够从整体上描述所有角度内目标强度大小的相对量。
图1.2.1圆柱形水雷TS值方位特性和角检测率
角检测率P（E）定义为对目标强度的某个阈值E，所有能够检测到目标（即TS＞E）的那些角度的和与总探测角度之比。在平面探测情况下，总探测角度是2。设目标强度与探测角度的依赖函数是TS（μ），μ是平面角。定义阶跃函数（1.2.4）角检测率可以表示为（1.2.5a）
这样定义的角检测率等价于下面的含义：当主动声呐探测目标时，假设目标的方位取向概率在2角度内均匀分布，对阈值E能探测到目标的概率。对于空间问