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1、期末总结期末总结 总复习总复习n主要内容主要内容q主动声纳方程及其各参数的概念、物理意义主动声纳方程及其各参数的概念、物理意义q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q主被动声纳方程的工程应用主被动声纳方程的工程应用 第一章第一章 声纳方程声纳方程2College of Underwater Acoustic Engineering HEUn主动声纳方程主动声纳方程 SL - 2TL + TS -（NL - DI）=DT SL-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 目标强度目标强度 海洋环境噪声级海洋环境噪
2、声级 等效平面波混响级等效平面波混响级 接收指向性指数接收指向性指数 检测阈检测阈 3College of Underwater Acoustic Engineering HEU第一章第一章 声纳方程声纳方程n两个主动声纳方程的区别两个主动声纳方程的区别qSL - 2TL + TS -（NL - DI）=DTqSL-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 4College of Underwater Acoustic Engineering HEU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qSL - TL -（NL - DI
3、）=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声纳方程的应用声纳方程的应用q基本应用基本应用n声纳设备性能预报声纳设备性能预报n声纳设备设计声纳设备设计 5College of Underwater Acoustic Engineering HEU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q海水中声速的典型结构海水中声速的典型结构q声传播衰减声传播衰减q海底反向散射强度海底反向散射强度q海底声反射损失海底声反射损失q海底三参数模型海底三参数模型q“镜像法镜像法”声场计算声场计算6College of Underwater
4、Acoustic Engineering HEU第二章第二章 海洋的声学特性海洋的声学特性n海水中声速的典型结构海水中声速的典型结构q深海声道声速分布深海声道声速分布q表面声道声速分布表面声道声速分布q反声道声速分布反声道声速分布q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q导致衰减的原因导致衰减的原因n几何扩展几何扩展n吸收吸收n散射散射7College of Underwater Acoustic Engineering HEU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q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=0n柱面波，柱面波，TL=
5、10logRn球面波，球面波，TL=20logRq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q传播损失一般公式传播损失一般公式n TL=n*10logR+吸收吸收散射散射8College of Underwater Acoustic Engineering HEU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q与入射角的关系与入射角的关系q与频率的关系与频率的关系q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q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q模型的描述模型的描述q三个参数的计算三个参数的计算9Col
6、lege of Underwater Acoustic Engineering HEU第二章第二章 海洋的声学特性海洋的声学特性n“镜像法镜像法”声场计算声场计算q镜像法的概念镜像法的概念q镜像法计算邻近海面点源声场的基本原理镜像法计算邻近海面点源声场的基本原理q邻近海面点源声场传播损失的特点邻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过渡距离过渡距离10College of Underwater Acoustic Engineering HEUn主要内容主要内容q硬底均匀浅海声场的简正波求解
7、硬底均匀浅海声场的简正波求解q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q射线理论射线理论q波动理论与射线理论对比波动理论与射线理论对比第三章第三章 海洋中的声传播理论海洋中的声传播理论11College of Underwater Acoustic Engineering HEU第三章第三章 海洋中的声传播理论海洋中的声传播理论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q波动方程导出的基本过程波动方程导出的基本过程q定解条件定解条件q分离变量法求解波动方程的基本过程分离变量法求解波动方程的基本过程q本征值与本征函数本征值与本征函数q临界频率与截止频率临界频率与截止频
8、率q相速与群速相速与群速q声传播损失的特征声传播损失的特征12College of Underwater Acoustic Engineering HEU第三章第三章 海洋中的声传播理论海洋中的声传播理论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q声传播损失的特征声传播损失的特征n射线理论射线理论q基本方程的导出过程基本方程的导出过程q应用条件应用条件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1q声线轨迹计算声线轨迹计算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13College of Underwater Acoust
9、ic Engineering HEU第三章第三章 海洋中的声传播理论海洋中的声传播理论n射线理论射线理论q声线水平传播距离计算声线水平传播距离计算n恒定声速梯度模型恒定声速梯度模型n水平分层介质模型水平分层介质模型q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水平分层介质模型水平分层介质模型14College of Underwater Acoustic Engineering HEU第三章第三章 海洋中的声传播理论海洋中的声传播理论n波动理论与射线理论对比波动理论与射线理论对比q优缺点优缺点q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
10、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。 15College of Underwater Acoustic Engineering HEU作业点评作业点评n第一章第一章q什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？什么是声纳？声纳可以完成哪些任务
11、？q请写出主动声纳方程和被动声纳方程？在声纳方程请写出主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？中各项参数的物理意义是什么？q声纳方程的两个基本用途是什么？声纳方程的两个基本用途是什么？q环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际环境噪声和海洋混响都是主动声纳的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？工作中如何确定哪种干扰是主要的？16College of Underwater Acoustic Engineering HEU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使用场合，画出回声呐使用场合，画出回声信号级、混响掩蔽级和信号级、混响掩蔽级和噪
12、声掩蔽级随距离变化噪声掩蔽级随距离变化曲线，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距离来确定混响是主的距离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。如下图，要干扰。如下图， 所以混响是主要干扰。所以混响是主要干扰。 17College of Underwater Acoustic Engineering HEUn第一章第一章q给定水下声压给定水下声压 为为 ，那么声强，那么声强 是多大，是多大，与参考声强与参考声强 比较，以分贝表示的声强级是多少比较，以分贝表示的声强级是多少？（取声速？（取声速C
13、=1500m/s，密度为，密度为1000kg/m3）解解：声强：声强： W/m2作业点评作业点评18College of Underwater Acoustic Engineering HEUn第一章第一章q给定水下声压给定水下声压 为为 ，那么声强，那么声强 是多大，是多大，与参考声强与参考声强 比较，以分贝表示的声强级是多少比较，以分贝表示的声强级是多少？（取声速？（取声速C=1500m/s，密度为，密度为1000kg/m3）解解：声强级：声强级： dB作业点评作业点评19College of Underwater Acoustic Engineering HEUn第一章第一章q发射换能器
14、发射发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数为的声功率，且方向性指数为15dB，其声源级，其声源级SL为多少？为多少？解解：声源级定义：声源级定义： 无指向性声源的声强：无指向性声源的声强： 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20College of Underwater Acoustic Engineering HEUn第一章第一章q发射换能器发射发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数为的声功率，且方向性指数为15dB，其声源级，其声源级SL为多少？为多少？解解：又：又： ， 指向性声源的轴向声强：指向性声源的轴向声强： 声源级：声源级：作业点评作
15、业点评21College of Underwater Acoustic Engineering HEU作业点评作业点评n第二章第二章q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）说明原）说明原因；（因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用）写出海洋中声传播损失的常用TL表达式，并指明表达式，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哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（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
16、表达式。表达式。 q答答：1）声波传播时强度衰减原因：声波在传播过声波传播时强度衰减原因：声波在传播过程中，波阵面逐渐扩展；海水介质的吸收和海水介程中，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。质中不均匀性的散射。22College of Underwater Acoustic Engineering HEU作业点评作业点评n第二章第二章q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）说明原）说明原因；（因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用）写出海洋中声传播损失的常
17、用TL表达式，并指明表达式，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哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（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。 q答答：2）物理衰减是指声波的机械能转变成其它形物理衰减是指声波的机械能转变成其它形式的能量引起的声波衰减。几何衰减是指声波传播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。中波阵面扩张引起声强减少。 23College of Underwater Acoustic Engineering HEU作业点评作业点评n第二章第二章q声波
18、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）说明原）说明原因；（因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用）写出海洋中声传播损失的常用TL表达式，并指明表达式，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哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（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。 q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： 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
19、项为物理衰减。 24College of Underwater Acoustic Engineering HEU作业点评作业点评n第二章第二章q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）说明原）说明原因；（因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用）写出海洋中声传播损失的常用TL表达式，并指明表达式，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哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（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
20、衰减的TL表达式。表达式。 q答答：4）开阔水域适用：开阔水域适用： 表面声道和深海声道中适用：表面声道和深海声道中适用： 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： 偶极子声源远场适用：偶极子声源远场适用：25College of Underwater Acoustic Engineering HEU作业点评作业点评n第三章第三章q声线弯曲满足的基本条件是什么？并定性说明它们声线弯曲满足的基本条件是什么？并定性说明它们之间的规律。之间的规律。q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深处深处的的1450m/s。求（。求（1）速度
21、梯度；（）速度梯度；（2）使海表面的水平）使海表面的水平声线达到声线达到100m深处时所需要的水平距离；（深处时所需要的水平距离；（3）上述声）上述声线到达线到达100m深处时的角度。深处时的角度。26College of Underwater Acoustic Engineering HEU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，水平传播距离如右图示，水平传播距离 km27College of Underwater Acoustic Engineering H
22、EU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q某浅海海域水深某浅海海域水深40m，海面、海底都是平面。，海面、海底都是平面。声源深度声源深度10m，声速梯度为常数，海面声速为，声速梯度为常数，海面声速为1500m/s，海底处为，海底处为1480m/s。试计算并画出。试计算并画出自声源沿水平方向发出的声线的轨迹，到第二自声源沿水平方向发出的声线的轨迹，到第二次从海底反射为止。次从海底反射为止。28College of Underwater Acoustic Engineering HEU第四章第四章 典型传播条件下的声场典型传播条件下的
23、声场n本章主要内容本章主要内容q表面声道声线参数表面声道声线参数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q表面声道截止频率表面声道截止频率q表面声道传播损失表面声道传播损失q表面声道传播损失经验公式表面声道传播损失经验公式29College of Underwater Acoustic Engineering HEU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q深海声道的概念、特点深海声道的概念、特点q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声道信号及其基本特征声道信号及其基本特征 q声线和信号波形声线和信号
24、波形q会聚区和声影区会聚区和声影区 q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30College of Underwater Acoustic Engineering HEU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q深海负梯度的概念、特点深海负梯度的概念、特点q深海负跃层的概念、特点深海负跃层的概念、特点q浅海平均声强随距离的分布规律浅海平均声强随距离的分布规律q浅海传播损失浅海传播损失q浅海传播损失半经验公式浅海传播损失半经验公式31College of Underwater Acoustic Engineering HEU第五章第
25、五章 声波在目标上的反射和散射声波在目标上的反射和散射n本章主要内容本章主要内容q目标强度定义目标强度定义n等效声中心等效声中心1mq刚性大球目标强度计算理论推导刚性大球目标强度计算理论推导n能量守恒法能量守恒法q常见声纳目标的目标强度值和特性常见声纳目标的目标强度值和特性n与方位角、测量距离、发射信号脉冲宽度的变化与方位角、测量距离、发射信号脉冲宽度的变化q目标强度测量方法目标强度测量方法n比较法、直接法、应答器法比较法、直接法、应答器法32College of Underwater Acoustic Engineering HEU第五章第五章 声波在目标上的反射和散射声波在目标上的反射和散
26、射n本章主要内容本章主要内容q目标强度测量注意事项目标强度测量注意事项n两个远场两个远场n一个自由场一个自由场n合理选择脉冲宽度合理选择脉冲宽度q回波信号的形成及其特征回波信号的形成及其特征n镜反射、散射、再辐射、回音廊式回声镜反射、散射、再辐射、回音廊式回声n多普勒频移、脉冲展宽、包络不规则性、调制效应多普勒频移、脉冲展宽、包络不规则性、调制效应33College of Underwater Acoustic Engineering HEU第五章第五章 声波在目标上的反射和散射声波在目标上的反射和散射n本章主要内容本章主要内容q壳体目标的回波信号特征壳体目标的回波信号特征q刚性球体散射声场计
27、算及其特性刚性球体散射声场计算及其特性q弹性球体散射声场计算弹性球体散射声场计算q弹性球体散射声场特性弹性球体散射声场特性q求解散射声场的理论方法求解散射声场的理论方法34College of Underwater Acoustic Engineering HEU第六章第六章 海洋中的混响海洋中的混响n本章主要内容本章主要内容q混响的概念、分类、特点混响的概念、分类、特点q混响产生的机理混响产生的机理q体积混响的建模、计算体积混响的建模、计算q海面混响产生的原因及气泡的声学特性海面混响产生的原因及气泡的声学特性 q海面混响建模、计算、特点海面混响建模、计算、特点q海面散射的常见理论海面散射的常
28、见理论q海底混响建模、计算、特点海底混响建模、计算、特点q混响预报混响预报q混响统计特性混响统计特性35College of Underwater Acoustic Engineering HEU第七章第七章 水下噪声水下噪声n本章主要内容本章主要内容q噪声的基本概念、统计特性噪声的基本概念、统计特性q噪声谱级与噪声级噪声谱级与噪声级q海洋环境噪声源的频谱特性海洋环境噪声源的频谱特性q舰船辐射噪声的噪声源及其频谱特性舰船辐射噪声的噪声源及其频谱特性q舰船自噪声的噪声源及其频谱特性舰船自噪声的噪声源及其频谱特性q辐射噪声与自噪声的异同点辐射噪声与自噪声的异同点36College of Under
29、water Acoustic Engineering HEU期末总结期末总结 习题习题38College of Underwater Acoustic Engineering HEU39College of Underwater Acoustic Engineering HEU40College of Underwater Acoustic Engineering HEU41College of Underwater Acoustic Engineering HEU42College of Underwater Acoustic Engineering HEU43College of Unde
30、rwater Acoustic Engineering HEU44College of Underwater Acoustic Engineering HEU45College of Underwater Acoustic Engineering HEU46College of Underwater Acoustic Engineering HEU47College of Underwater Acoustic Engineering HEU48College of Underwater Acoustic Engineering HEU49College of Underwater Acous
31、tic Engineering HEU50College of Underwater Acoustic Engineering HEU51College of Underwater Acoustic Engineering HEU52College of Underwater Acoustic Engineering HEU53College of Underwater Acoustic Engineering HEU54College of Underwater Acoustic Engineering HEU55College of Underwater Acoustic Engineering HEU56College of Underwater Acoustic Engineering HEU57College of Underwater Acoustic Engineering HEU
