《水声学》学习指南

1、学习指南（1）重点、难点分析水声学课程具有很强的理论性，同时也具备较强的工程性。理论内容是为解决工程实际问题服务的，而工程实际问题反过来又可以指导理论模型的建立，两部分相辅相成。水声学课程的难点主要在于其理论的复杂性和工程的抽象性。研究课程内容可知，声纳方程是该课程的主线，课程各章节与声纳参数是一一对应的，为了能真正理解声纳方程，并使用声纳方程进行声纳设备的设计或性能预报，解决工程实际问题，必须对每一个声纳参数所隐含的基本物理概念、物理机理有所理解和认识，课程的重点内容包括以下几个模块：声纳系统和声纳参数的概念及物理含义。该模块从概念的角度描述声纳方程，是理解声纳方程、应用声纳方程的前提；海洋

2、环境的声学特性。它影响声波的传播规律，从而影响声纳设备的工作性能。了解海洋环境的声学特性是后面声传播规律研究的基础；声场建模理论和典型信道中的声传播规律。该模块主要介绍声场建模的两种基本理论以及对典型信道中声传播规律的物理解释，具有非常强的理论性，同时又具备一定的工程性，因此成为课程的难点。该部分也是声纳工作环境中声传播规律研究的基础，是声纳设备的设计和性能预报不可跨越的鸿沟，对后续研究生课程水声传播原理的学习将有直接的影响，成为课程的核心内容之一；声波在目标上的反射和散射。该模块阐述了水下目标对声波的散射能力（即目标强度），以及目标散射信号的组成及形成机理（即目标回波特性）。目标强度的大小决

3、定了该目标能否用声纳进行探测。目标回波特性决定了声纳信号处理中回波特征提取和识别的问题。复杂目标的声散射极其复杂，因此其计算和特性分析也具有一定难度；海洋混响。该模块介绍了混响强度预报的一种基本理论，是理解混响的形成机理、混响的特征、混响抑制的基本方法的基础，具有较强的理论性；水下噪声。该模块主要介绍海洋环境噪声、舰船自噪声和辐射噪声的噪声源和噪声谱，以及描述噪声强弱的谱级和噪声级；课程的理论体系如下图所示。（2）解决办法声波即看不见也摸不着，水声学课程具有很强的理论性，同时又具备较强的工程性，课程不同章节内容具有不同的特征。针对课程难点内容的特点，授课中采用了不同的表现手法、不同的授课方法和

4、授课手段，将无法感性认识的声场转变为视频、音频、图像、动画，将理论联系实际，将通识教育与个性教育相结合，依此解决课程的难点问题，具体方法列举如下：对声场建模理论章节的简正波理论，则对理论公式中的关键步骤进行现场推导，同时结合课程组制作的简正波驻波分布flash动画进行演示；对于深海声道中的声传播规律，则应用科研中的三维声线计算软件计算了典型深海声道的声线轨迹，并应用动画制作软件将声线轨迹制作成动画。从动画中直接就看出了声影区、汇聚区及传播规律；对于目标散射声场的测量，由于受时间的限制，学生无法到实验室进行实验。为此，课程组教师依据实际测量实验，制作了目标散射声场测量演示实验。演示实验以动画的形

5、式表现出来，并严格按照实验步骤包含了实验的每一个过程。对于目标回波特性的分析，由于受许多因素的影响，比如有声波的频率、入射角、目标的尺寸、材质、结构等，理论分析也相当困难，因此制作了规则目标散射场指向性与上述因素之间的联系flash动画，用动画代替文字讲解。将这些形象生动的多媒体课件应用于课堂的授课中，学生很容易地理解了这些物理现象及其形成机理。除此之外，科研中的新原理、新方法、新思路的引入也使得课堂内容变得更具体，学生更易于把握课程的重点内容，同时还可以应用多种方法理解难点内容；建立了水声学课程网（ HYPERLINK ），编写了电子版教材、教学大纲、教学进度表、水声学多媒体教学课件、习题集及参考答案、水声学题库。除题库外，所有电子教学资源均在课程网站中。为了扩大学生的视野，丰富学生的学习资料，网站中列出了水声工程专业领域主要参考文献，链接了国内外主要研究机构和学术机构，同时转载了中国科学院声学研究所Theoretical Acoustics和厦门大学Fundamentals of Acoustics课程的多媒体教学课件。为培养学生的动手能力和创造性思维，网站中开设了自主实验栏目。为便于学生的交流，网站中开设了课程论坛板