水聲重點(diǎn)(更新版)

1、（以下內(nèi)容來自老師給的ppt）第1章-聲納及聲納方程1、聲源級SL 描述主動聲納所發(fā)射聲信號的強(qiáng)弱：I是發(fā)射器聲軸方向上離聲源中心1m處的聲強(qiáng)2、發(fā)射指向性指數(shù)DIT理解:3、傳播損失TL 定量描述聲波傳播一定距離后聲強(qiáng)度的衰減變化：4、目標(biāo)強(qiáng)度TS 定量描述目標(biāo)反射本領(lǐng)的大小 ：5、海洋環(huán)境噪聲級NL 是度量環(huán)境噪聲強(qiáng)弱的量 ： 注意：IN是測量帶寬內(nèi)或1Hz頻帶內(nèi)的噪聲強(qiáng)度。6、等效平面波混響級RL 定量描述混響干擾的強(qiáng)弱。7、接收指向性指數(shù)DIR 接收系統(tǒng)抑制背景噪聲的能力。8、檢測閾DT 設(shè)備剛好能正常工作所需的處理器輸入端的信噪比值(SNR)。9、主動聲納方程（噪聲背景）：（SL-2

2、TL+TS）-（NL-DI）DT主動聲納方程（混響背景）：（SL-2TL+TS）-RLDT被動聲納方程（SL-TL）-（NL-DI）DT10、回聲信號級：SL-2TL+TS加到主動聲納接收換能器上的回聲信號的聲級噪聲掩蔽級：NL-DI+DT工作在噪聲干擾中的聲納設(shè)備正常工作所需的最低信號級 混響掩蔽級：RL+DT工作在混響干擾中的聲納設(shè)備正常工作所需的最低信號級 回聲余量：SL-2TL+TS-（NL-DI+DT）主動聲納回聲級超過噪聲掩蔽級的數(shù)量 優(yōu)質(zhì)因數(shù)：SL-（NL-DI+DT）對于被動聲納，該量規(guī)定最大允許單程傳播損失；對于主動聲納，當(dāng)TS=0時，該量規(guī)定了最大允許雙程傳播損失 品質(zhì)因數(shù)

3、：SL-（NL-DI）聲納接收換能器測得的聲源級與噪聲級之差 思考題：1什么是聲納？聲納可以完成哪些任務(wù)？答:利用水下聲信息進(jìn)行探測、識別、定位、導(dǎo)航和通訊的系統(tǒng); 按照工作方式分類：主動聲納和被動聲納 2主被、動聲納的信息流程有何不同？3發(fā)射指向性指數(shù)物理含義是什么？答:1. 在相同距離上，指向性發(fā)射器聲軸上聲級高出無指向性發(fā)射器輻射聲場聲級的分貝數(shù)；2. DIT越大，聲能在聲軸方向集中的程度越高；就有利于增加聲納的作用距離。 4請寫出主動聲吶方程和被動聲吶方程？在聲吶方程中各項(xiàng)參數(shù)的物理意義是什么？主動聲納方程（噪聲背景）：（SL-2TL+TS）-（NL-DI）DT主動聲納方程（混響背景）

4、：（SL-2TL+TS）-RLDT被動聲納方程（SL-TL）-（NL-DI）DT5環(huán)境噪聲和海洋混響都是主動聲吶的干擾，在實(shí)際工作中如何確定哪種干擾是主要的？答:根據(jù)水文條件及聲吶使用場合，畫出回聲信號級、混響掩蔽級和噪聲掩蔽級隨距離變化的曲線，如下圖，然后由回聲信號曲線與混響掩蔽級、噪聲掩蔽級曲線的交點(diǎn)所對應(yīng)的距離來確定混響是主要干擾，還是噪聲為主要干擾，如下圖，rR<rn，所以混響是主要干擾。6已知混響是某主動聲吶的主要干擾，現(xiàn)將該聲吶的聲源級增加10dB，問聲吶作用距離能提高多少？又，在其余條件不變的情況下，將該聲吶發(fā)射功率增加一倍，問作用距離如何變化。解：對于受混響干擾的主動聲吶

5、，提高聲源級并不能增加作用距離，因?yàn)榇藭r信混比并不改變。在聲吶發(fā)射聲功率增加一倍，其余條件不變的情況下，作用距離變?yōu)樵嚯x的倍，即R1=R=。7. 什么條件下發(fā)生海底全反射，此時反射系數(shù)有什么特點(diǎn)，說明其物理意義。 解：發(fā)生全反射的條件是：掠時角小于等于全反射臨界角，界面下方介質(zhì)的聲速大于界面上方介質(zhì)的聲速。發(fā)生全反射時，反射系數(shù)是復(fù)數(shù)，其模等于1，虛部和實(shí)部的比值給出相位跳變角的正切，即全反射時，會產(chǎn)生相位跳變.第2章 海洋的聲學(xué)特性1、聲速梯度： 海洋中的聲速c（m/s）隨溫度T（）、鹽度S（）、壓力P（kg/cm2）的增加而增加。2、理解3、聲波傳播的強(qiáng)度衰減（傳播損

6、失）原因：（1）擴(kuò)展損失（幾何衰減）；（2）吸收損失；（3）散射。傳播損失TL=擴(kuò)展損失TL1+吸收損失TL24、擴(kuò)展損失 （1）n=0 適用管道中的聲傳播，平面波傳播 （2）n=1 適用表面聲道和深海聲道，柱面波傳播 （4）n=2 適用于開闊水域(自由場)，球面波傳播。 5、Neper=8.68dB，聲吸收引起的傳播損失（吸收系數(shù)乘以傳播距離）：6、總傳播損失（擴(kuò)展吸收）：7、理解： 馳豫頻率隨溫度升高而增加 。8、 Thorp給出了低頻段（馳豫頻率約為1kHz）吸收系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式（適用4溫度附近 ）： （理解）9、海水粗糙，反射系數(shù)??；海底平坦，反射系數(shù)大。10、11、理解12、沉積層中聲

7、波衰減系數(shù)：（理解）13、海底反射損失：反射聲振幅相對入射聲振幅減小的分貝數(shù)，定義為： （理解）海底反射損失為正值，BL分貝數(shù)越大，海底反射損失越大；為反射系數(shù)模值。 14、 理解： 作業(yè)1：1海水中的聲速與哪些因素有關(guān)？畫出三種常見的海水聲速分布？答:海水中的聲速與海水溫度、密度和靜壓力（深度）有關(guān)，它們之間的關(guān)系難以用解析式表達(dá)。2聲吶A，B有相等的聲源級，但聲吶A工作頻率fA高于聲吶B工作頻率fB,問哪臺聲吶作用距離遠(yuǎn)，說明原因?解：聲吶B工作距離遠(yuǎn)，因?yàn)樗墓ぷ黝l率較低，海水吸收小，所以作用距離較遠(yuǎn)3聲波在海洋中傳播時，其聲強(qiáng)會逐漸衰減，說明原因。列舉三種常用傳播損失表達(dá)式，并說明適用

8、條件?答:聲波傳播時強(qiáng)度衰減原因：聲波在傳播過程中，波陣面逐漸擴(kuò)展；海水介質(zhì)的吸收和海水介質(zhì)中不均勻性的散射。 4.夏日某處海水中溫度分布簡化如下圖所示的曲線。試求：在什么深度上聲速梯度的絕對值最大？該處的聲速梯度是多少？作業(yè)21什么是反向散射強(qiáng)度？平坦海底和粗糙海底的反向散射強(qiáng)度有何不同？ 2請簡單描述海底“三參數(shù)”模型？“三參數(shù)”物理含義是什么？3鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場中的聲壓振幅隨距離變化具有哪些規(guī)律？ 4引起海洋內(nèi)部不均勻性的主要因素有哪些？ 第3章-海洋中的聲傳播理論1、（理解）2、（理解）3、絕對軟邊界條件：聲壓為零（海面）4、絕對硬邊界條件：法向質(zhì)點(diǎn)振速為零 （海底）5、 可通過

9、令 的分離變量法求得本征函數(shù)通解6、理解、7、簡正波階數(shù)最大值： 8、理解 臨界頻率：最高階簡正波傳播頻率 9：截止頻率：簡正波在波導(dǎo)中無衰減傳播的最低臨界頻率 10、相速：等相位面的傳播速度（振動狀態(tài)在介質(zhì)中的傳播速度） （理解）11、群速：聲波能量的傳播速度（理解）12、倒數(shù)關(guān)系 13、深度取平均后，傳播損失為：聲能被限制在層內(nèi)，隨距離r作柱面波衰減。14、臨界掠射角越小，傳播損失TL就越大15、16、 為波矢量17、均勻介質(zhì)平面波： 均勻介質(zhì)球面波： 非均勻介質(zhì)球面波： 18、理解： (聲線方向 聲線軌跡 聲線傳播時間) 聲線幅度或攜帶的能量19、聲速k為常數(shù)時：聲線為直線。 聲速k是坐

10、標(biāo)z的函數(shù)時的聲線：總是彎向聲速小的方向。20、（由聲源輻射聲功率確定）21、22、求出程函方程的條件23、在波束邊緣、聲影區(qū)（聲線不能到達(dá)的區(qū)域）和焦散區(qū)（聲能會聚區(qū)域），射線聲學(xué)不成立。24、 = 常數(shù)25、恒定聲速梯度情況下，聲線曲率處處相等，軌跡是圓弧。26、聲源在海面以任意掠射角出射的聲線軌跡方程：（理解）27、單層線性分層介質(zhì)中的聲強(qiáng) 28、理解P93頁的表3.1作業(yè)：1、波動方程的定解條件有哪些？ 1）邊界條件 物理量在介質(zhì)邊界上必須滿足的條件。絕對軟邊界條件：聲壓為零絕對硬邊界條件：法向質(zhì)點(diǎn)振速為零混合邊界條件：壓力和振速線性組合邊界上密度或聲速有限間斷2）輻射條件 無窮遠(yuǎn)處沒

11、有聲源存在時，其聲場應(yīng)具有擴(kuò)散波的性質(zhì)平面波情況柱面波情況 球面波情況 3）奇性條件 對于聲源輻射的球面波，在聲源處存在奇異點(diǎn)，即 2、何謂簡正波？平面層波導(dǎo)簡正波求解方法？3、若聲源激發(fā)頻率 時，波導(dǎo)中不存在哪些階簡正波？聲源激發(fā)頻率 時，波導(dǎo)中不存在第N階及以上各階簡正波的傳播4、簡正波的相速度和群速度有何區(qū)別？物理意義有何不同？1)相速：虛斜線沿r方向傳播速度 群速：波形包絡(luò)傳播速度 2)相速：等相位面的傳播速度 群速：聲波能量的傳播速度 簡正波的群速小于相速。 5、液態(tài)海底聲波傳播規(guī)律如何？液態(tài)海底沒有切變波，其聲速通常大于海水聲速，但對于高飽和海底沉積層會出現(xiàn)相反情況。1.說明射線聲

12、學(xué)的基本方程、適用條件及其局限性，并說明球面波和柱面波傳播時聲線的傳播方向？解：射線聲學(xué)是波動聲學(xué)的高頻近似，適用高頻條件和介質(zhì)不均勻性緩慢變化的情況，但它不適用影區(qū)，焦散線。柱面聲波的聲線垂直于柱的側(cè)面，球面聲波的聲線垂直于球面.2.水平分層介質(zhì)中的“程函方程”表示如何？3. 聚集因子F是如何定義的，它有什么物理意義？舉出二個F>1的場合。 解：聚集因子，其中I是非均勻介質(zhì)中的聲強(qiáng)，是按球面波衰減的聲強(qiáng)，若F>1，表示該處衰減小于球面波規(guī)律，反之，則表示該處衰減大于球面波規(guī)律。會聚區(qū)中和焦散線上F>1。4. 海水中聲速分布如下圖所示，請畫出幾條典型聲線軌跡圖。 5已知cS、

13、a1、a2，聲源在z0處，聲線在z2處翻轉(zhuǎn)，z1處聲速最小，z0、z1和z也為已知，求聲線水平距離R。 6 海水中聲速值從海面的1500m/s均勻減小到100m深處的1450m/s。求（1）速度梯度；（2）使海表面的水平聲線達(dá)到100m深處時所需要的水平距離；（3）上述聲線到達(dá)100m深處時的角度。第4章 典型傳播條件下的聲場1、2、3、根據(jù)表面聲道傳播的主要特征，把聲速簡化為線性正梯度分布： 4、5、 或 6、臨界角：在表面聲道層深處發(fā)生反轉(zhuǎn)的聲線，其聲源處和海面處的掠射角最大，稱為臨界角；該聲線為臨界聲線。 或 7、跨度D：聲線在海面相鄰兩次反射點(diǎn)之間的水平距離。 海面掠射角聲線的跨度D：

14、 跨度D與反轉(zhuǎn)深度的關(guān)系 8、海面掠射角越大，跨度也越大。 最大跨度： 最小跨度： 9、循環(huán)數(shù)N：在聲源與接收點(diǎn)之間所容納不同掠射角聲線跨度數(shù)目。 ² 循環(huán)數(shù)N越大，聲線越接近海面，沿海面?zhèn)鞑サ穆暰€。² 循環(huán)數(shù)N越大，相鄰聲線的掠射角越接近，聲線越密集，聲能越集中。² 聲源輻射聲能主要集中在海表面層附近10、假設(shè)聲源與接收器靠近海面，則有源到接收器N次循環(huán)的聲線的總傳播時間近似為：最接近海底傳播的聲線（N最?。瑐鞑r間最短，最先到達(dá)接收點(diǎn)；最靠近海面?zhèn)鞑サ穆暰€（N最大），傳播時間最長，最后到達(dá)接收點(diǎn)。換句話說，聲線在海面反射的次數(shù)越多，其傳播時間越長。11、信號

15、持續(xù)時間與距離成正比。 12、理解130頁的圖4.22（聲影區(qū)，匯聚區(qū)），圖4.24作業(yè):1表面聲道的混合層中的聲線傳播具有那些特點(diǎn)？ 在混合層中，聲線幾乎被完全限制在表面層中傳播，聲線不斷受海面反射，小掠射角聲線在混合層底部不斷發(fā)生反轉(zhuǎn)，因而，聲信號在表面聲道中可遠(yuǎn)距離傳播。 2什么是反轉(zhuǎn)深度？什么是臨界聲線和跨度？在表面聲道中傳播的聲線發(fā)生反轉(zhuǎn)的深度 在表面聲道層深處發(fā)生反轉(zhuǎn)的聲線，其聲源處和海面處的掠射角最大稱為臨界角；該聲線為臨界聲線 跨度D：聲線在海面相鄰兩次反射點(diǎn)之間的水平距離3畫出表面聲道聲速分布，應(yīng)用射線理論解釋聲波在表面波道中遠(yuǎn)距離傳播的原因？解：下左圖為表面聲道中的聲速分布，表面聲道中，以小于臨界角發(fā)出的聲線在聲道的某個深度上翻轉(zhuǎn)向海面?zhèn)鞑?，遇海面又?jīng)海面反射向下傳播，如是重復(fù)以上過程而得以遠(yuǎn)距離傳播。4分別說明或畫圖表示表面波道中聲強(qiáng)沿深度和水平方向的分布規(guī)律。 解：在表面波道中，聲強(qiáng)沿水平方向隨距離的次方衰減。聲強(qiáng)沿深度的分布如下右