前言

随着我国建设海洋强国步伐的加快，对水下声源定位理论与技术的需求日益旺盛。水下声源定位在海洋科学研究、海洋环境监测、水下目标探测与侦察、水下通信与对抗、导航制导等领域具有十分重要的科学研究价值，也具有特别重要的实际应用意义。本书是一本系统阐述水下声源定位理论与技术的专著，涉及海洋工程、水声工程、电子与信息工程、电子对抗等技术领域。本书是根据作者团队10余年来在水下声源定位理论与技术的科研成果总结提炼写成的，纳入了作者团队在国内外重要期刊上发表的基础研究论文。此外，书中也少量涉及国内外同行近年来取得的研究进展。

水下声波传播的海洋环境主要包括海面、海底及中间的水体层。海底声学参数的未知和不确性、水体环境参数的时空变化特性，导致水下声波的传播规律与特性十分复杂。如何在复杂的水下环境中对感兴趣的声源实施准确的定位，具有相当的难度，这也成为国内外科技工作者长期以来的研究热点。融入水声传播模型的水下声源定位理论与技术，尽力使之具有环境变化的宽容性，成为国内外研究者们长期执着而方兴未艾的方向，涌现出了大量的理论方法与实验验证结果。针对浅海和深海不同的海洋环境，面向不同的应用需求和不同的水下传感器阵列，所需要的水下声源定位理论与技术不同，其稳健性、快速性等处理的方法也有所区别。作者团队在长期的水下声源定位研究中，针对不同的环境条件和应用场景，开展了由浅海到深海环境的理论研究和实验验证，取得了一些研究成果。本书以一部专著的形式，系统地介绍作者团队在水下声源定位理论与技术的成果，希望同行参考借鉴并共同推动更加深入而系统的研究及应用。

全书共10章，主要内容如下：

第1章概述了水下声源定位研究的背景、意义、历史和现状。

第2章介绍了声场传播模型、全球水声环境主要参数分布、典型声传播模式、水下信号定位方法等基本知识。

第3章阐述了浅海窄带声源定位方法，涉及水平线阵列声场定位原理、匹配场定位性能分析、时反聚焦定位性能分析、匹配场定位的虚拟时反实现方法。

第4章阐述了浅海宽带声源定位方法，包括基于自相关函数的定位方法、基于多途到达结构的近距离声源定位方法、基于简正波模态消频散变换的定位方法、基于集合卡尔曼滤波的声源跟踪方法。

第5章阐述了基于深海近海面阵列的声源定位方法，涉及基于海底反射信号多途到达结构的定位方法、基于几何关系近似的声源定位方法。

第6章在分析深海可靠声路径声场特性分析的基础上，介绍了深海可靠声路径下基于单阵元的声源定位方法，包括基于延时互相关函数的定位方法、基于直达波-海面反射波相对时延与卡尔曼滤波的运动声源定位方法。

第7章介绍了深海可靠声路径下基于双阵元的声源定位方法，包括基于双阵元多途时延差和双水听器互相关函数的匹配定位方法。

第8章阐述了深海可靠声路径下基于垂直线阵列的声源定位方法，包括基于多途到达结构的定位方法、声场空频域联合定位方法。

第9章分析了深海可靠声路径下劳埃德镜中明暗波束形成的物理机理及其轨迹的计算方法，给出了可靠声路径声场干涉条纹的形成过程，最后阐述了基于干涉条纹的声源深度估计方法。

第 10 章介绍了基于稀疏性的被动合成孔径定位与子阵处理方法、海底水平线阵列测向误差分析及误差修正方法。

本书编写分工如下：杨坤德编写第 1、3、7 章，段睿编写第 2、5、8、9 章，李辉编写第4、6、10章，马远良对稿件进行了仔细修改。书中纳入了作者团队在国内外重要期刊上发表的学术论文，也涉及了作者团队所指导的多名研究生的少量成果，这些研究生包括张同伟、郭晓乐、雷志雄、杨秋龙、卢艳阳等。同时，本书所反映的研究结果，得到了多项国家级科研项目的支持，是在课题组长期科研工作基础上提炼而成的。在此期间，西北工业大学航海学院的相关老师为此做出了重要贡献，这些老师包括孙超、何正耀、雷波、段顺利等。在此，对国家与作者所在学校有关部门、有关老师和研究生深表感谢！

希望本书的出版对水下探测、水下侦察、水下对抗、水下通信、水中兵器、海洋科学、海洋工程、海洋监测、海洋开发等领域的科研工作者、教学人员、研究生和本科生有所帮助。

由于作者学识水平所限，书中难免存在不妥之处，恳请读者和相关专业同仁提出宝贵的意见和建议。

作者

2019年9月