水声学复习提要

期末总结

总复习1CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第1页第1页主要内容积极声纳方程及其各参数概念、物理意义被动声纳方程及其各参数概念、物理意义主被动声纳方程工程应用第一章声纳方程2CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第2页第2页积极声纳方程

SL-2TL+TS-（NL-DI）=DT

SL-2TL+TS-RL=DT第一章声纳方程声源级传播损失目的强度海洋环境噪声级等效平面波混响级接受指向性指数检测阈3CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第3页第3页第一章声纳方程两个积极声纳方程区别SL-2TL+TS-（NL-DI）=DTSL-2TL+TS-RL=DT噪声掩蔽级I，Rr<Rn噪声掩蔽级II，Rn<Rr

4CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第4页第4页第一章声纳方程被动声纳方程SL-TL-（NL-DI）=DTSL—噪声源无TS背景干扰为环境噪声和舰船自噪声声纳方程应用基本应用声纳设备性能预报声纳设备设计5CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第5页第5页第二章海洋声学特性主要内容海水中声速典型结构声传播衰减海底反向散射强度海底声反射损失海底三参数模型“镜像法”声场计算6CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第6页第6页第二章海洋声学特性海水中声速典型结构深海声道声速分布表面声道声速分布反声道声速分布浅海常见声速分布声传播衰减造成衰减原因几何扩展吸取散射7CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第7页第7页第二章海洋声学特性声传播损失常见声波扩展损失平面波，TL=0柱面波，TL=10logR球面波，TL=20logR吸取损失切变粘滞热传导驰豫传播损失普通公式

TL=n*10logR+吸取散射8CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第8页第8页第二章海洋声学特性海底反向散射强度与入射角关系与频率关系与海底粗糙度关系海底声反射损失与掠射角关系海底三参数模型模型描述三个参数计算9CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第9页第9页第二章海洋声学特性“镜像法”声场计算镜像法概念镜像法计算邻近海面点源声场基本原理邻近海面点源声场传播损失特点近场菲涅耳（Fresnel）干涉区远场夫朗和费（Fraunhofer）区过渡距离10CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第10页第10页主要内容硬底均匀浅海声场简正波求解液态海底均匀浅海声场特点射线理论波动理论与射线理论对比第三章海洋中声传播理论11CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第11页第11页第三章海洋中声传播理论硬底均匀浅海声场简正波求解波动方程导出基本过程定解条件分离变量法求解波动方程基本过程本征值与本征函数临界频率与截止频率相速与群速声传播损失特性12CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第12页第12页第三章海洋中声传播理论液态海底均匀浅海声场特点声传播损失特性射线理论基本方程导出过程应用条件声压振幅相对改变远小于1声速相对改变远小于1声线轨迹计算恒定声速梯度模型典型声线绘制13CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第13页第13页第三章海洋中声传播理论射线理论声线水平传播距离计算恒定声速梯度模型水平分层介质模型声线传播时间计算恒定声速梯度模型水平分层介质模型14CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第14页第14页第三章海洋中声传播理论波动理论与射线理论对比优缺点合用条件波动理论射线理论能够解得声场解析解；只能解得声场近似解；不易处理复杂边界条件；易于处理复杂边界条件；易于加入源函数；物理意义简朴直观；计算复杂；不能处理影区、焦散区；适合用于低频远距离浅海。适合用于高频近距离深海。15CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第15页第15页作业点评第一章什么是声纳？声纳能够完毕哪些任务？请写出积极声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程中各项参数物理意义是什么？声纳方程两个基本用途是什么？环境噪声和海洋混响都是积极声纳干扰，在实际工作中如何拟定哪种干扰是主要？16CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第16页第16页作业点评解：依据水文条件及声呐使用场所，画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离改变曲线，由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线交点所对应距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰。以下图，所以混响是主要干扰。17CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第17页第17页第一章给定水下声压为，那么声强是多大，与参考声强比较，以分贝表示声强级是多少？（取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3）解：声强：

W/m2作业点评18CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第18页第18页第一章给定水下声压为，那么声强是多大，与参考声强比较，以分贝表示声强级是多少？（取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3）解：声强级：

dB作业点评19CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第19页第19页第一章发射换能器发射40kW声功率，且方向性指数为15dB，其声源级SL为多少？解：声源级定义：无指向性声源声强：设指向性声源轴向声强为：作业点评20CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第20页第20页第一章发射换能器发射40kW声功率，且方向性指数为15dB，其声源级SL为多少？解：又：，指向性声源轴向声强：声源级：作业点评21CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第21页第21页作业点评第二章声波在海水中传输时其声强会逐步降低。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传输损失惯用TL表示式，并指明哪项反应主要是几何衰减，哪项反应主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下几何衰减TL表示式。答：1）声波传输时强度衰减原因：声波在传输过程中，波阵面逐步扩展；海水介质吸取和海水介质中不均匀性散射。22CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第22页第22页作业点评第二章声波在海水中传输时其声强会逐步降低。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传输损失惯用TL表示式，并指明哪项反应主要是几何衰减，哪项反应主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下几何衰减TL表示式。答：2）物理衰减是指声波机械能转变成其它形式能量引发声波衰减。几何衰减是指声波传输中波阵面扩张引发声强降低。23CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第23页第23页作业点评第二章声波在海水中传输时其声强会逐步降低。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传输损失惯用TL表示式，并指明哪项反应主要是几何衰减，哪项反应主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下几何衰减TL表示式。答：3）海洋中传输损失表示式为：前一项为几何衰减，后一项为物理衰减。24CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第24页第24页作业点评第二章声波在海水中传输时其声强会逐步降低。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传输损失惯用TL表示式，并指明哪项反应主要是几何衰减，哪项反应主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下几何衰减TL表示式。答：4）开阔水域合用：表面声道和深海声道中合用：计及海底吸取时浅海均匀声道合用：偶极子声源远场合用：25CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第25页第25页作业点评第三章声线弯曲满足基本条件是什么？并定性阐明它们之间规律。海水中声速值从海面1500m/s均匀减小到100m深处1450m/s。求（1）速度梯度；（2）使海表面水平声线到达100m深处时所需要水平距离；（3）上述声线到达100m深处时角度。26CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第26页第26页作业点评解：1）声速绝对梯度

2）恒定声速梯度时，声线轨迹是一段圆弧，圆曲率半径

km如右图示，水平传播距离

km27CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第27页第27页作业点评3）由Snell定律知，到达100m深度时掠射角为某浅海海域水深40m，海面、海底都是平面。声源深度10m，声速梯度为常数，海面声速为1500m/s，海底处为1480m/s。试计算并画出自声源沿水平方向发出声线轨迹，到第二次从海底反射为止。28CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第28页第28页第四章典型传播条件下声场本章主要内容表面声道声线参数反转深度临界声线跨度循环数传播时间表面声道截止频率表面声道传播损失表面声道传播损失经验公式29CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第29页第29页第四章典型传播条件下声场本章主要内容深海声道概念、特点深海声道声线典型声速分布声道信号及其基本特性声线和信号波形会聚区和声影区深海声道中传播损失传播损失30CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第30页第30页第四章典型传播条件下声场本章主要内容深海负梯度概念、特点深海负跃层概念、特点浅海平均声强随距离分布规律浅海传播损失浅海传播损失半经验公式31CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第31页第31页第五章声波在目的上反射和散射本章主要内容目的强度定义等效声中心1m刚性大球目的强度计算理论推导能量守恒法常见声纳目的目的强度值和特性与方位角、测量距离、发射信号脉冲宽度改变目的强度测量办法比较法、直接法、应答器法32CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第32页第32页第五章声波在目的上反射和散射本章主要内容目的强度测量注意事项两个远场一个自由场合理选择脉冲宽度回波信号形成及其特性镜反射、散射、再辐射、回音廊式回声多普勒频移、脉冲展宽、包络不规则性、调制效应33CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第33页第33页第五章声波在目的上反射和散射本章主要内容壳体目的回波信号特性刚性球体散射声场计算及其特性弹性球体散射声场计算弹性球体散射声场特性求解散射声场理论办法34CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第34页第34页第六章海洋中混响本章主要内容混响概念、分类、特点混响产生机理体积混响建模、计算海面混响产生原因及气泡声学特性

海面混响建模、计算、特点海面散射常见理论海底混响建模、计算、特点混响预报混响统计特性35CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第35页第35页第七章水下噪声本章主要内容噪声基本概念、统计特性噪声谱级与噪声级海洋环境噪声源频谱特性舰船辐射噪声噪声源及其频谱特性舰船自噪声噪声源及其频谱特性辐射噪声与自噪声异同点36CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第36页第36页期末总结

习题37CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第37页第37页38CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第38页第38页39CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第39页第39页40CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第40页第40页41CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第41页第41页42CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第42页第42页43CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第43页第43页44CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU第44页第44页45CollegeofUnderwaterAcou