第一讲进入21世纪的声纳技术

海洋开发和反潜战的需求是推动声纳技术开发的巨大动力.水声物理、水声信号处理及相关学科的发展又促使声纳设计日趋完善.文章介绍了声纳技术在进入21世纪时所面临的机遇和挑战,水声信号处理领域近期研究的热点问题以及声纳系统设计中的技术创新课题.     

进入21世纪的声纳技术

海洋开发和反潜战的需求是推动声纳技术开发的巨大动力，水声物理、水声信号处理及相关学科的发展又促使声纳设计日趋完善，本文介绍声纳技术在进入21世纪时所面临的机遇和挑战；水声信号处理领域近期研究的热点问题以及声纳系统设计中的技术创新课题。     

水声学与海洋工程

声波是唯一能在海水中远距离传播的信息载体，在海洋环境观测、海洋测绘和资源勘探、水下定位、水下通信中起了重要作用．文章介绍了水声学研究的对象和它的特点，综述了水声信道、声系统及水声信息检测识别等方面研究的最新进展．在２１世纪———海洋世纪，水声学将在海洋工程中作出更大贡献．     

水声通信技术综述

受制于严重的衰减,电磁波在水中的传播距离非常有限,因此以声波为载体的水声通信是在水下实现无线信息传输的主要方式。水声通信无论是在军事方面还是在民用方面都有重要的作用,随着人类加快开发海洋的步伐,对水声通信技术的需求也变得越来越迫切。文章对水声通信技术进行了综合介绍。首先介绍了水声通信的概念和意义,着重分析了水声信道的特点以及水声通信面临的困难,然后对目前应用较多的几种典型水声通信技术进行了介绍,最后对水声通信技术的发展方向进行了展望。     

可重编程正交频分复用水声调制解调技术进展*

随着海洋探索和军事应用的迫切需求,水声通信需要向高数据率、高可靠性方向发展。正交频分复用技术被视为水声高速通信的新途径,并被成功应用于水声通信,在水声通信中展现了其优越性。高度灵活的自适应平台的发展,激发了可重编程水声调制解调器的发展,以适应不同实验/应用场景的需求。文中从带宽、调制方案、数据率、传输距离、误码率方面,介绍了国内外研究机构对可重编程正交频分复用水声调制解调器研究的进展,并对其中的技术进行概述。最后对可重编程正交频分复用水声调制解调器进行了展望。认为可重编程正交频分复用水声调制解调器需要的是分块接收处理的自适应实时扩展平台,同时也坚信水声网络的发展和需求必将推动智能水声通信的发展。     

第二讲合成孔径声纳成像及其研究进展

文章在介绍了图像声纳的特点、合成孔径声纳（synthetic aperture sonar,SAS）产生背景和发展过程的基础上,对合成孔径声纳的原理、技术难点、成像算法等问题进行了讨论.着重分析了合成孔径声纳成像过程中高分辨率的获取方法、水声信道对成像的影响、多子阵技术及其成像算法、稳定的声纳运动平台和运动监测问题、运动补偿与自聚焦方法等.文章还给出了国内外合成孔径声纳研究的最新进展情况,进而展望了合成孔径声纳的应用前景.     

声纳技术及其在军事上的应用

 水声学是指以水波为对象研究水下通信、数据传输、目标检测和定位、识别、导航等方面的一门独特的科学。到目前为止,声波还是惟一能在深海中作远距离传输的能量形式,故它在军事上有着重要的用途。于是探测水下目标的技术---声纳技术便应运而生。所谓声纳(Sonar,SoundNavigationAndRanging的缩语),其原意是“声音导航和测距”的意思,是利用声波在水下进行侦察的工具。本文将给大家介绍一下水声探测技术的基础知识、声纳的工作原理及其在军事上的应用。一、水声探测技术的基础知识大家知道声波是一种弹性波。     

水声信号处理领域新进展

本文介绍近30年来水声信号处理领域理论研究的新进展和在声纳设计中的应用。包括水声信号建模、声场匹配、海洋波导和内波现象的探索和研究、声矢量场信息获取和处理,低频水声信道的时/空相关特性,水下目标辐射噪声的不变特征量提取和检测技术,水下语音、图像传输和抗干扰技术。同时概述,声纳设计的前沿领域:大孔径拖曳线列阵声纳、高分辨力合成孔径声纳、深海传呼机等的发展情况。     

第六讲水下声学传感器网络的发展和应用

文章主要介绍了正在发展中的水下声学传感器网络的一些概念和发展现状。在回顾了水声通信和水下网络的发展历史之后，首先从网络拓扑结构出发，指出多跳对等网络是适合于水声应用的一种网络结构，接着根据网络协议栈的概念，说明水下声学传感器网络在各协议层上所涉及的问题，并从物理层面，分析了水声介质的特殊性，和水下声学传感器网络所面临的一些主要的技术挑战，介绍了组成水下传感器网络的关键部件。以美国海网（Seaweb）为例，给出了一个水声传感器网实现的实例，对它的年度实验进行了介绍，最后，给出了中国未来的发展应用前景。     

第七讲侧扫声纳

侧扫声纳是探测海底地形地貌的重要工具，计算机技术的广泛应用极大地促进了侧扫声纳的发展．文章介绍了侧扫声纳的发展过程、典型应用、工作原理、声图成像特征及发展趋势。     

声波测井中的物理问题

文章从声波测井的基本概念入手,介绍了什么是声波测井,其基本原理是什么,声波测井中的主要物理问题是什么,还从几个侧面介绍了声波测井的基本应用和未来的发展趋势,包括传统的电缆测井、目前国外流行的随钻声波测井以及具有应用前景但是尚处于研究阶段的震电测井.文章向从事物理研究的工作者概述了声波测井相关的物理问题和研究的发展现状,为打算涉入声波测井领域研究或者对相关领域研究感兴趣的读者提供了一些基本素材和知识.     

表面声子研究及进展

本文重点讨论近年对固体表面振动模式的基本类型及其理论和实验研究状况。所讨论的振动模式包括长、短波表面声学模及表面光学模。对其它与表面振动有关的性质,如比热和与固体物体表面吸附物有关的振动模也加以简单论述。     

松花江冰下声学试验技术研究

北极区域极具战略意义与商业价值,随着各国的广泛关注,针对北极地区开展的科考科研活动逐渐增多。其中北极海域的相关研究尤为重要,特别是北极水声学,是保障北极军事存在以及正常科考科研活动的重要支撑。课题组于2015年1月在哈尔滨松花江进行了冰下声学试验,主要内容包括冰下信道测试、冰层散射系数测量以及冰下水声通信试验,实现了冰下半波导现象的初步观测、冰层前向散射系数的测量、基于能量检测器的低信噪比扩频通信、基于时反镜判决反馈均衡技术的高速水声通信以及冰下12用户多址水声通信等内容。本文对本次冰下声学试验情况进行介绍,并给出了相应的试验结果及经验总结。     

周期性管柱信道的声波通信技术研究综述

井下声波通信技术利用周期性管柱信道实时传输声波数据，相比于其他通信方式，具有适应性好、复杂度低、传输效率高等优点，在随钻地质导向、油水井监测等方面有广阔的应用前景，是发展智能油田的关键技术之一。本文主要综述上世纪90年代以来关于信道物理模型、信道容量、声信号调制与接收方法等关键问题的研究历程，并对通信系统的设计要点与国内外相关产品的现场应用进行梳理，为后续的技术改进提供依据。     

水声信号处理领域若干专题研究进展

本简述了近年来水声信号处理领域中若干专题的研究进展。包括水声通信,合成孔径声纳,水声数据融合,声层析以及水下GPS系统等。     

Pulse propagation of acoustic waves scattered in a channel

When acoustic waves are scattered by random sound-speed fluctuations in a two-dimensional channel the energy is continually transferred between the propagating modes. In the multiple- scattering region the energy flux assumes an asymptotic form in which there is equal energy flux propagating in each mode. Here we shall make use of this well known result to show how to obtain an asymptotic form for a pulse of acoustic energy propagating in the channel. In the multiple-scattering region the speed of the acoustic waves in the pulse continually changes as the energy is transferred between the modes. The process is basically a diffusion process around the mean speed of propagation. We shall first show, using physical arguments, that the diffusion coefficient is proportional to the square root of the propagation distance times the mean free path of scattering. The theory governing the acoustic propagation in the channel is formulated in terms of modal coherence equations and we shall next give a brief review of the definitions of the coherence functions and a discussion of how the equations governing the propagation of the modal coherence functions are derived. We shall then show how the pulse shape and the relevant parameters may be obtained by solving the basic modal coherence equations at large propagation distances.     

Controlling acoustic orbital angular momentum with artificial structures: From physics to application

Acoustic orbital angular momentum (OAM) associated with helicoidal wavefront recently attracts rapidly-growing attentions, offering a new degree of freedom for acoustic manipulation. Due to the unique dynamical behavior and inherent mode orthogonality of acoustic OAM, its harnessing is of fundamental interests for wave physics, with great potential in a plethora of applications. The recent advance in materials physics further boosts efforts into controlling OAM-carrying acoustic vortices, especially acoustic metasurfaces with planar profile and subwavelength thickness. Thanks to their unconventional acoustic properties beyond attainable in the nature, acoustic artificial structures provide a powerful platform for new research paradigm for efficient generation and diverse manipulation of OAM in ways not possible before, enabling novel applications in diverse scenarios ranging from underwater communication to object manipulation. In this article, we present a comprehensive view of this emerging field by delineating the fundamental physics of OAM-metasurface interaction and recent advances in the generation, manipulation, and application of acoustic OAM based on artificial structures, followed by an outlook for promising future directions and potential practical applications.     

基于循环前缀相关性的水声OFDM信号调制识别方法*

本文研究水声OFDM通信信号与常见单载波水声数字通信信号(MPSK,MFSK)之间的调制识别问题。考虑到水声信道复杂传播特性对循环前缀相关性的影响,本文通过截取信号前后片段并迭代搜索双相关峰进行无需先验知识的水声OFDM通信信号特征参数提取,在此基础上设计了一种基于模糊系统的水声OFDM通信信号识别器。对不同信道条件下海上实录信号数据的识别实验结果表明了本文方法的有效性。     

定向传输水声通信网络介质访问控制协议

针对水声通信网络吞吐量低、通信隐蔽性差、隐藏终端等问题,提出一种定向传输水声通信网络介质访问控制(Medium Access Control,MAC)协议。协议中各节点采用定向模式传输数据,不需要邻节点位置等先验信息。通过发送节点顺序连续发送传输请求(Request To Send,RTS)信号、维护邻节点相对位置信息表及定向虚拟载波监测等技术实现网络高效无碰撞运行。本协议可有效解决水声通信网络中存在的由非对称增益导致的隐藏终端问题,增加网络覆盖范围,提高通信隐蔽性。仿真结果表明,所提MAC协议能够显著提高水声通信网络吞吐量性能。