水声学复习提要ppt课件

1、期末总结期末总结 总复习总复习n主要内容主要内容n自动声纳方程及其各参数的概念、物理意义自动声纳方程及其各参数的概念、物理意义n被动声纳方程及其各参数的概念、物理意义被动声纳方程及其各参数的概念、物理意义n主被动声纳方程的工程运用主被动声纳方程的工程运用 第一章第一章 声纳方程声纳方程n自动声纳方程自动声纳方程n SL - 2TL + TS -NL - DI=DTn nSL-2TL+TS-RL=DT 第一章第一章 声纳方程声纳方程声源级声源级 传播损失传播损失 目的强度目的强度 海洋环境噪声级海洋环境噪声级 等效平面波混响级等效平面波混响级 接纳指向性指数接纳指向性指数 检测阈检测阈 第一章第

2、一章 声纳方程声纳方程n两个自动声纳方程的区别两个自动声纳方程的区别nSL - 2TL + TS -NL - DI=DTnSL-2TL+TS-RL=DTn噪声掩蔽级噪声掩蔽级I，RrRnn噪声掩蔽级噪声掩蔽级II，RnRr 第一章第一章 声纳方程声纳方程n被动声纳方程被动声纳方程nSL - TL -NL - DI=DTnSL噪声源噪声源n无无TSn背景干扰为环境噪声和舰船自噪声背景干扰为环境噪声和舰船自噪声n声纳方程的运用声纳方程的运用n根本运用根本运用n声纳设备性能预告声纳设备性能预告n声纳设备设计声纳设备设计 第二章第二章 海洋的声学特性海洋的声学特性n主要内容主要内容n海水中声速的典型构

3、造海水中声速的典型构造n声传播衰减声传播衰减n海底反向散射强度海底反向散射强度n海底声反射损失海底声反射损失n海底三参数模型海底三参数模型n“镜像法声场计算镜像法声场计算第二章第二章 海洋的声学特性海洋的声学特性n海水中声速的典型构造海水中声速的典型构造n深海声道声速分布深海声道声速分布n外表声道声速分布外表声道声速分布n反声道声速分布反声道声速分布n浅海常见声速分布浅海常见声速分布n声传播衰减声传播衰减n导致衰减的缘由导致衰减的缘由n几何扩展几何扩展n吸收吸收n散射散射第二章第二章 海洋的声学特性海洋的声学特性n声传播损失声传播损失n常见声波的扩展损失常见声波的扩展损失n平面波，平面波，TL

4、=0n柱面波，柱面波，TL=10logRn球面波，球面波，TL=20logRn吸收损失吸收损失n切变粘滞切变粘滞n热传导热传导n驰豫驰豫n传播损失普通公式传播损失普通公式n TL=n*10logR+r吸收吸收散射散射第二章第二章 海洋的声学特性海洋的声学特性n海底反向散射强度海底反向散射强度n与入射角的关系与入射角的关系n与频率的关系与频率的关系n与海底粗糙度的关系与海底粗糙度的关系n海底声反射损失海底声反射损失n与掠射角的关系与掠射角的关系n海底三参数模型海底三参数模型n模型的描画模型的描画n三个参数的计算三个参数的计算第二章第二章 海洋的声学特性海洋的声学特性n“镜像法声场计算镜像法声场计

5、算n镜像法的概念镜像法的概念n镜像法计算临近海面点源声场的根本原理镜像法计算临近海面点源声场的根本原理n临近海面点源声场传播损失的特点临近海面点源声场传播损失的特点n近场菲涅耳近场菲涅耳Fresnel干涉区干涉区n远场夫朗和费远场夫朗和费Fraunhofer区区n过渡间隔过渡间隔n主要内容主要内容n硬底均匀浅海声场的简正波求解硬底均匀浅海声场的简正波求解n液态海底均匀浅海声场的特点液态海底均匀浅海声场的特点n射线实际射线实际n动摇实际与射线实际对比动摇实际与射线实际对比第三章第三章 海洋中的声传播实际海洋中的声传播实际第三章第三章 海洋中的声传播实际海洋中的声传播实际n硬底均匀浅海声场的简正波

6、求解硬底均匀浅海声场的简正波求解n动摇方程导出的根本过程动摇方程导出的根本过程n定解条件定解条件n分别变量法求解动摇方程的根本过程分别变量法求解动摇方程的根本过程n本征值与本征函数本征值与本征函数n临界频率与截止频率临界频率与截止频率n相速与群速相速与群速n声传播损失的特征声传播损失的特征第三章第三章 海洋中的声传播实际海洋中的声传播实际n液态海底均匀浅海声场的特点液态海底均匀浅海声场的特点n声传播损失的特征声传播损失的特征n射线实际射线实际n根本方程的导出过程根本方程的导出过程n运用条件运用条件n声压振幅相对变化远小于声压振幅相对变化远小于1n声速相对变化远小于声速相对变化远小于1n声线轨迹

7、计算声线轨迹计算n恒定声速梯度模型恒定声速梯度模型n典型声线绘制典型声线绘制第三章第三章 海洋中的声传播实际海洋中的声传播实际n射线实际射线实际n声线程度传播间隔计算声线程度传播间隔计算n恒定声速梯度模型恒定声速梯度模型n程度分层介质模型程度分层介质模型n声线传播时间计算声线传播时间计算n恒定声速梯度模型恒定声速梯度模型n程度分层介质模型程度分层介质模型第三章第三章 海洋中的声传播实际海洋中的声传播实际n动摇实际与射线实际对比动摇实际与射线实际对比n优缺陷优缺陷n适用条件适用条件波动理论波动理论射线理论射线理论n可以解得声场的解析解；可以解得声场的解析解； n只能解得声场的近似解；只能解得声场

8、的近似解； n不易处理复杂边界条件；不易处理复杂边界条件； n易于处理复杂边界条件；易于处理复杂边界条件； n易于加入源函数；易于加入源函数； n物理意义简单直观；物理意义简单直观； n计算复杂；计算复杂；n不能处理影区、焦散区；不能处理影区、焦散区； n适用于低频远距离浅海。适用于低频远距离浅海。 n适用于高频近距离深海。适用于高频近距离深海。 作业点评作业点评n第一章第一章n什么是声纳？声纳可以完成哪些义务？什么是声纳？声纳可以完成哪些义务？n请写出自动声纳方程和被动声纳方程？在声纳请写出自动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程中各项参数的物理意义是什么？方程中各项参数的物理意义是什么？n声

9、纳方程的两个根本用途是什么？声纳方程的两个根本用途是什么？n环境噪声和海洋混响都是自动声纳的干扰，在环境噪声和海洋混响都是自动声纳的干扰，在实践任务中如何确定哪种干扰是主要的？实践任务中如何确定哪种干扰是主要的？作业点评作业点评n解：根据水文条件及声解：根据水文条件及声呐运用场所，画出回声呐运用场所，画出回声信号级、混响掩蔽级和信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随间隔变化噪声掩蔽级随间隔变化曲线，由回声信号曲线曲线，由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线的交点所对应蔽级曲线的交点所对应的间隔来确定混响是主的间隔来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰，还是噪声为主要干扰。如

10、以下图，要干扰。如以下图， 所以混响是主要干扰。所以混响是主要干扰。 声信号级回声信号级混响掩蔽级噪声掩蔽级距离rrRrnnRrr n第一章第一章n给定水下声压给定水下声压 为为 ，那么声强，那么声强 是是多大，与参考声强多大，与参考声强 比较，以分贝表示的声比较，以分贝表示的声强级是多少？取声速强级是多少？取声速C=1500m/s，密度为，密度为1000kg/m3n解：声强：解：声强：n W/m2pPa100IrI152621067. 615001000)10100(cpI作业点评作业点评n第一章第一章n给定水下声压给定水下声压 为为 ，那么声强，那么声强 是是多大，与参考声强多大，与参考声

11、强 比较，以分贝表示的声比较，以分贝表示的声强级是多少？取声速强级是多少？取声速C=1500m/s，密度为，密度为1000kg/m3n解：声强级：解：声强级：n dBpPa100IrI作业点评作业点评401067. 61067. 6log10log1019150IISILn第一章第一章n发射换能器发射发射换能器发射40kW的声功率，且方向性的声功率，且方向性指数为指数为15dB，其声源级，其声源级SL为多少？为多少？n解：声源级定义：解：声源级定义：n 无指向性声源的声强：无指向性声源的声强：n 设指向性声源的轴向声强为：设指向性声源的轴向声强为：作业点评作业点评0log10IISL 4aND

12、PIDIn第一章第一章n发射换能器发射发射换能器发射40kW的声功率，且方向性的声功率，且方向性指数为指数为15dB，其声源级，其声源级SL为多少？为多少？n解：又：解：又： ，n 指向性声源的轴向声强：指向性声源的轴向声强：n 声源级：声源级：作业点评作业点评TTIDDIlog10NDDTIIID4/aTNDTDPIDIIDITaDIIPSL041log10log10作业点评作业点评n第二章第二章n声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。1阐明缘由；阐明缘由；2解释什么叫物理衰减？什么解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？叫几何衰减？3写出海洋中声传播损失的写出

13、海洋中声传播损失的常用常用TL表达式，并指明哪项反映的主要是几表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；4试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。表达式。 n答：答：1声波传播时强度衰减缘由：声波在传声波传播时强度衰减缘由：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸收播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸收和海水介质中不均匀性的散射。和海水介质中不均匀性的散射。作业点评作业点评n第二章第二章n声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。1阐明缘由；阐明缘由；2解

14、释什么叫物理衰减？什么解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？叫几何衰减？3写出海洋中声传播损失的写出海洋中声传播损失的常用常用TL表达式，并指明哪项反映的主要是几表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；4试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。表达式。 n答：答：2物理衰减是指声波的机械能转变成其物理衰减是指声波的机械能转变成其它方式的能量引起的声波衰减。几何衰减是指它方式的能量引起的声波衰减。几何衰减是指声波传播中波阵面扩张引起声强减少。声波传播中波阵面扩张引起声强减少。 作业点评作业点评n

15、第二章第二章n声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。1阐明缘由；阐明缘由；2解释什么叫物理衰减？什么解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？叫几何衰减？3写出海洋中声传播损失的写出海洋中声传播损失的常用常用TL表达式，并指明哪项反映的主要是几表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；4试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。表达式。 n答：答：3海洋中传播损失表达式为：海洋中传播损失表达式为：n 前一项为几何衰减，后一项为物理衰减。前一项为几何衰减，后一项为物理衰

16、减。 RRnTLlg10作业点评作业点评n第二章第二章n声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。1阐明缘由；阐明缘由；2解释什么叫物理衰减？什么解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？叫几何衰减？3写出海洋中声传播损失的写出海洋中声传播损失的常用常用TL表达式，并指明哪项反映的主要是几表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；4试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。表达式。 n答：答：4开阔水域适用：开阔水域适用：n 外表声道和深海声道中适用：外表声道和深海声道中

17、适用：n 计及海底吸收时浅海均匀声道适用：计及海底吸收时浅海均匀声道适用：n 偶极子声源远场适用：偶极子声源远场适用：RRTLlg20RRTLlg10RRTLlg15RRTLlg40作业点评作业点评n第三章第三章n声线弯曲满足的根本条件是什么？并定性阐明声线弯曲满足的根本条件是什么？并定性阐明它们之间的规律。它们之间的规律。n海水中声速值从海面的海水中声速值从海面的1500m/s均匀减小到均匀减小到100m深处的深处的1450m/s。求。求1速度梯度；速度梯度；2使海外表的程度声线到达使海外表的程度声线到达100m深处时所深处时所需求的程度间隔；需求的程度间隔；3上述声线到达上述声线到达100

18、m深深处时的角度。处时的角度。作业点评作业点评解：解：1声速绝对梯度声速绝对梯度 2恒定声速梯度时，声线轨迹是一段圆弧，圆的曲率恒定声速梯度时，声线轨迹是一段圆弧，圆的曲率半径半径 km如右图示，程度传播间隔如右图示，程度传播间隔 km15 . 010014501500sdzdcg35 . 01500coscos1gcdzdccR768. 0) 1 . 0(22RRx作业点评作业点评3由由Snell定律知，到达定律知，到达100m深度时的掠射角为深度时的掠射角为某浅海海域水深某浅海海域水深40m，海面、海底都是平面。声源，海面、海底都是平面。声源深度深度10m，声速梯度为常数，海面声速为，声速

19、梯度为常数，海面声速为1500m/s，海底处为，海底处为1480m/s。试计算并画出自。试计算并画出自声源沿程度方向发出的声线的轨迹，到第二次从声源沿程度方向发出的声线的轨迹，到第二次从海底反射为止。海底反射为止。84.1415001450arccos第四章第四章 典型传播条件下的声场典型传播条件下的声场n本章主要内容本章主要内容n外表声道声线参数外表声道声线参数n反转深度反转深度n临界声线临界声线n跨度跨度n循环数循环数n传播时间传播时间n外表声道截止频率外表声道截止频率n外表声道传播损失外表声道传播损失n外表声道传播损失阅历公式外表声道传播损失阅历公式第四章第四章 典型传播条件下的声场典型

20、传播条件下的声场n本章主要内容本章主要内容n深海声道的概念、特点深海声道的概念、特点n深海声道声线深海声道声线n典型声速分布典型声速分布n声道信号及其根本特征声道信号及其根本特征 n声线和信号波形声线和信号波形n会聚区和声影区会聚区和声影区 n深海声道中的传播损失深海声道中的传播损失 n传播损失传播损失第四章第四章 典型传播条件下的声场典型传播条件下的声场n本章主要内容本章主要内容n深海负梯度的概念、特点深海负梯度的概念、特点n深海负跃层的概念、特点深海负跃层的概念、特点n浅海平均声强随间隔的分布规律浅海平均声强随间隔的分布规律n浅海传播损失浅海传播损失n浅海传播损失半阅历公式浅海传播损失半阅

21、历公式第五章第五章 声波在目的上的反射和散射声波在目的上的反射和散射n本章主要内容本章主要内容n目的强度定义目的强度定义n等效声中心等效声中心1mn刚性大球目的强度计算实际推导刚性大球目的强度计算实际推导n能量守恒法能量守恒法n常见声纳目的的目的强度值和特性常见声纳目的的目的强度值和特性n与方位角、丈量间隔、发射信号脉冲宽度的变与方位角、丈量间隔、发射信号脉冲宽度的变化化n目的强度丈量方法目的强度丈量方法n比较法、直接法、应对器法比较法、直接法、应对器法第五章第五章 声波在目的上的反射和散射声波在目的上的反射和散射n本章主要内容本章主要内容n目的强度丈量本卷须知目的强度丈量本卷须知n两个远场两个远场n一个自在场一个自在场n合理选