水聲重點(diǎn)更新版

1、（以下內(nèi)容來(lái)自老師給的ppt）第1章-聲納及聲納方程聲源級(jí)SL描述主動(dòng)聲納所發(fā)射聲信號(hào)的強(qiáng)弱:2、SL=10lg發(fā)射指向性指數(shù)DITI是發(fā)射器聲軸方向上離聲源中心1m處的聲強(qiáng)DIt10lgJ-D-1ND理解：1-=Pa4二Wm2SL=10lgPa170.77SL=10lgR170.77DIT3、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:TL=10lgIiIr4、目標(biāo)強(qiáng)度TS定量描述目標(biāo)反射本領(lǐng)的大小TS5、海洋環(huán)境噪聲級(jí)NL是度量環(huán)境噪聲強(qiáng)弱的量：AZ二101g%注意：In是測(cè)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(jí)RL定量描述混響干擾的強(qiáng)弱。RL=10lgI。7、

2、接收指向性指數(shù)DIr接收系統(tǒng)抑制背景噪聲的能力。DIr無(wú)指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的歲功率g指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的噪聲功率8、檢測(cè)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)DT=10lg信號(hào)功率噪聲功率9、主動(dòng)聲納方程（噪聲背景）(SL-2TL+TS-(NL-DI)=DT主動(dòng)聲納方程（混響背景）(SL-2TL+TS-RL=DT被動(dòng)聲納方程(SL-TL-(NL-DI)=DT10、回聲信號(hào)級(jí)：SL-2TL+TSW到主動(dòng)聲納接收換能器上的回聲信號(hào)的聲級(jí)噪聲掩蔽級(jí)：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(hào)級(jí)混響掩蔽級(jí)：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

3、信號(hào)級(jí)回聲余量：SL-2TL+TS-（NL-DI+DT）主動(dòng)聲納回聲級(jí)超過(guò)噪聲掩蔽級(jí)的數(shù)量?jī)?yōu)質(zhì)因數(shù)：SL-（NL-DI+DT）對(duì)于被動(dòng)聲納，該量規(guī)定最大允許單程傳播損失；對(duì)于主動(dòng)聲納,當(dāng)TS=0時(shí)，該量規(guī)定了最大允許雙程傳播損失品質(zhì)因數(shù)：SL-（NL-DI）聲納接收換能器測(cè)得的聲源級(jí)與噪聲級(jí)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(cè)、識(shí)別、定位、導(dǎo)航和通訊的系統(tǒng)；按照工作方式分類：主動(dòng)聲納和被動(dòng)聲納2 .主被、動(dòng)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(jí)高出無(wú)指向性發(fā)射器輻射聲場(chǎng)聲級(jí)的分貝數(shù)；2.

4、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(qǐng)寫(xiě)出主動(dòng)聲吶方程和被動(dòng)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(dòng)聲納方程（噪聲背景）：（SL-2TL+T&-（NL-DI）=DT主動(dòng)聲納方程（混響背景）：（SL-2TL+TS-RL=DT被動(dòng)聲納方程（SL-TL-（NL-DI）=DT5 .環(huán)境噪聲和海洋混響都是主動(dòng)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(chǎng)合，畫(huà)出回聲信號(hào)級(jí)、混響掩蔽級(jí)和噪聲掩蔽級(jí)隨距離變化的曲線，如下圖，然后由回聲信號(hào)曲線與混響掩蔽級(jí)、噪聲掩蔽級(jí)曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的距離來(lái)確定混響是主要干擾，還是噪聲

5、為主要干擾，如下圖，rR<rn,所以混響是主要干擾。吉信號(hào)級(jí)回吉信號(hào)級(jí)混口可比酸級(jí)噪聲掩蒞級(jí)距芝丁6 .已知混響是某主動(dòng)聲吶的主要干擾，現(xiàn)將該聲吶的聲源級(jí)增加10dB,問(wèn)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(wèn)作用距離如何變化。解：對(duì)于受混響干擾的主動(dòng)聲吶，提高聲源級(jí)并不能增加作用距離，因?yàn)榇藭r(shí)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的勺萬(wàn)倍，即R1=V2R。7 .什么條件下發(fā)生海底全反射，此時(shí)反射系數(shù)有什么特點(diǎn)，說(shuō)明其物理意義。解：發(fā)生全反射的條件是：掠時(shí)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

6、上方介質(zhì)的聲速。發(fā)生全反射時(shí)，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(shí)，會(huì)產(chǎn)生相位跳變.第2章海洋的聲學(xué)特性dc1、聲速梯度：gc=3t9t+as9s+aPgPdz海洋中的聲速c(m/s)隨溫度T(C)、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。傳播損失丁1形展損失TL1+吸收損失TL24、擴(kuò)展損失TL=n10lgrdB（1） n=0適用管道中的聲傳播，平面波傳播TL=0（2） n=1適用表面聲道和深海聲道，柱面波傳播TL=10lgr（4） n=

7、2適用于開(kāi)闊水域（自由場(chǎng)），球面波傳播。TL=20lgr5、1Neper=8.68dB,聲吸收引起的傳播損失（吸收系數(shù)乘以傳播距離）TL=10lg6、總傳播損失（擴(kuò)展+吸收）I1-=CLIx:TL=x-1二=xx六1n10lgr；.：rfTfBfdB/kmfT=21.91015206T273馳豫頻率隨溫度升高而增加A=1.89102B=2.721028、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4c溫度附近）：220.102f40.7f+1f24100f2dB/km（理解）9、海水粗糙，反射系數(shù)??；海底平坦，反射系數(shù)大。10、P=（1編心.孔隙率n體枳門分比11、理

8、解大陸架tc=2475.5-21764n+O123w2深海五陵：=15093-0O43n深海平原：c-16025-0937m12、沉積層中聲波衰減系數(shù)：汽=Kfm（理解）13、海底反射損失：反射聲振幅相對(duì)入射聲振幅減小的分貝數(shù)，定義為：BL=-20lg邑=-20lgV（理解）Pi海底反射損失為正值，BL分貝數(shù)越大，海底反射損失越大；V為反射系數(shù)模值。14、A=cTk=2n/A=8/c理解：c2=gtanhkhkc2=ig十Tktanh(kh)lkPJ作業(yè)1:1 .海水中的聲速與哪些因素有關(guān)？畫(huà)出三種常見(jiàn)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

9、析式2 .聲吶A,B有相等的聲源級(jí)，但聲吶A工作頻率fA高于聲吶B工作頻率fB,問(wèn)哪臺(tái)聲吶作用距離遠(yuǎn)，說(shuō)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(shí)，其聲強(qiáng)會(huì)逐漸衰減，說(shuō)明原因。列舉三種常用傳播損失表達(dá)式，并說(shuō)明適用條件？答:聲波傳播時(shí)強(qiáng)度衰減原因：聲波在傳播過(guò)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。開(kāi)闊水域適用表面聲道和深海聲道中適用計(jì)及海底吸收時(shí)淺海均勻聲道適用偶極子聲源遠(yuǎn)場(chǎng)適用TL=201g2?-破TL=-小TL=-亦4 .夏日某處海水中溫度分布簡(jiǎn)化如下圖所示的曲線。試求：在什么深度上聲速梯度的絕對(duì)值最大

10、？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(qǐng)簡(jiǎn)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(chǎng)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、V2p+k2（x,y,zp=0（理解）222、$p+k（x,y,zp=VF（理斛）3、絕對(duì)軟邊界條件：聲壓為零（海面）px,y,z,t=0I771IV%Jl<iz=x,y,t4、絕對(duì)硬邊界條件：法向質(zhì)點(diǎn)振速為零（海底）5、可通過(guò)令p（r,z）=xR（rZn（z膽分離變量法求得本征函數(shù)通解6、理解

11、-j二qZnZZnZ°H。2rn1+H。2nr8、理解臨界頻率:最高階簡(jiǎn)正波傳播頻率二C0nrsinkznZsinkznZ0er二Tnr-4C02JH22H9:截止頻率:簡(jiǎn)正波在波導(dǎo)中無(wú)衰減傳播的最低臨界頻率二C01=2Hf1c04H10、相速！等相位面的傳播速度（振動(dòng)狀態(tài)在介質(zhì)中的傳播速度）cpn（理解）.1-'n''11、髭速1聲波能量的傳播速度cgn（理解）12、“4內(nèi)而'倒數(shù)關(guān)系CpQgn=C013、深度取平均后，傳播損失為：HL=_10lg一=10lgr+101g1聲能被限制在層內(nèi)，隨距離r作柱面波衰減。Hr二H14、TL=101gr+101

12、g臨界掠射角中c越小，傳播損失TL就越大2c15、注闔：主要是sin*/o)取值概率變化，使其平均值不等于12靠近海面，小于12靠近海底，大于1216、e=Aej"r)k為波矢量非均勻介質(zhì)球面波：17、均勻介質(zhì)平面波：均勻介質(zhì)球面波：18、理解:22k:2,、(V9I=n(x,y,z)(聲線方向聲線軌跡聲線傳播時(shí)間)1k01,2.2.邛十VA，平=0聲線幅度或攜帶的能量A19、聲速k為常數(shù)時(shí)：聲線為直線。聲速k是坐標(biāo)z的函數(shù)時(shí)的聲線：總是彎向聲速小的方向。sin正聲速梯度負(fù)聲速梯度：dc/dz<0c=const（由聲源輻射聲功率確定）20、IsiSi=IS2S221、22、求出

13、程函方程的條件Ak2A23、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(huì)聚區(qū)域）,射線聲學(xué)不成立。24、cos：co四二常數(shù)c025、26、恒定聲速梯度情況下，聲線曲率處處相等，軌跡是圓弧。聲源在海面以任意掠射角出射的聲線軌跡方程：首名、27、28、qcosqJ（理解）單層線性分層介質(zhì)中的聲強(qiáng)理解P93頁(yè)的表3.1作業(yè)：1、波動(dòng)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(duì)軟初界條件：聲壓為零絕對(duì)硬初界條住：法向質(zhì)點(diǎn)振速為零混合邊界條件:2）輻射條件壓力和振速線性組合邊界上密度或聲速有限間斷無(wú)窮遠(yuǎn)處沒(méi)有聲源存在時(shí)，其聲場(chǎng)應(yīng)具有擴(kuò)散波的性質(zhì)平面波情況柱面波情

14、況:limrjkr；r球面波情況焦邛Q=0limrjkr1:r二03）奇性條件對(duì)于聲源輻射的球面波，在聲源處存在奇異點(diǎn)，即rT0PT82、何謂簡(jiǎn)正波？平面層波導(dǎo)簡(jiǎn)正波求解方法？3、若聲源激發(fā)頻率8N©N時(shí)，波導(dǎo)中不存在哪些階簡(jiǎn)正波？聲源激發(fā)頻率8M8n時(shí)，波導(dǎo)中不存在第N階及以上各階簡(jiǎn)正波的傳播4、簡(jiǎn)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(jiǎn)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(méi)有切變波，其聲速通常大于海水聲速，但對(duì)于高飽和海底沉積層會(huì)出現(xiàn)相反情況。

15、1 .說(shuō)明射線聲學(xué)的基本方程、適用條件及其局限性，并說(shuō)明球面波和柱面波傳播時(shí)聲線的傳播方向？解：射線聲學(xué)是波動(dòng)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？解：（I）波動(dòng)方程：v:p-/rp=o聲壓解的形式：三yzI=.4卜J；衛(wèi)姨收二口工其中，化=%杵盤少/）程函：5工NT）在b閨4水1條件下，可得程函方程：（V（茗yz）:-n"X£z強(qiáng)度方程二V.IH=b。一一£<1.0工0_i4h.>-ii5-ii.fax<

16、;2）適用條件；介質(zhì)中聲速（或折射率n）在波長(zhǎng)范圍內(nèi)相對(duì)變化很小寧聲波強(qiáng)度在波長(zhǎng)范圍內(nèi)變化彳艮小.一般射線聲學(xué)適合高頻遠(yuǎn)場(chǎng)。（3）水平分層介質(zhì)中，程函方程可表述為Wnell定律，即在同一條聲線不同位愚的水平出射角度勿力與該點(diǎn)的聲速亡自由關(guān)系：亡04倒二1汨11=常數(shù)。3 .聚集因子F是如何定義的，它有什么物理意義？舉出二個(gè)F>1的場(chǎng)合。廣=:3解：聚集因子口，其中I是非均勻介質(zhì)中的聲強(qiáng)，E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(huì)聚區(qū)中和焦散線上F>1o4 .海水中聲速分布如下圖所示，請(qǐng)畫(huà)出幾條典型聲線軌跡圖。（4）典型

17、聲線軌跡圖5,已知3a1、a2,聲源在zo處，聲線在Z2處翻轉(zhuǎn),Z1處聲速最小,Zo、Zi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(shí)所需要的水平距離；（3）上述聲線到達(dá)100m深處時(shí)的角度。cos0ac晌¥耳區(qū)夫朗和費(fèi)M2、1、聲壓振幅隨距離的變化解力聲速絕對(duì)梯度geJHoT一一2）恒定聲速梯度時(shí)，聲線軌跡是一段圓弧，圖的曲率半徑第4章典型傳播條件下的聲場(chǎng)如右圖示，水平傳播距離工二-(-0.1)'-O.76SkmlOOn3）由Sn由定律知b深度時(shí)的掠射

18、角力arocos=14.84s1500至甩100m圓心2、聲壓振幅隨距離的變化力;-討論A）當(dāng)以與.=OJ,2.時(shí)，聲壓取極大|.v凈值=?鳳，且是單個(gè)點(diǎn)源的兩倍.帆釋；比達(dá)聲與海面反射聲同相杼加.B）當(dāng)七=5"=1.2.時(shí)，聲壓取極小值p=應(yīng)/思吟信W畸*K喙）產(chǎn)nA*1*_i;ft：出達(dá)聲與海面反射聲反相帶加。此時(shí)我場(chǎng)山壓=?A）當(dāng)/=/,X=0.L2.時(shí).聲壓取極大十1值=2/?冕且是單個(gè)點(diǎn)源的兩倍.«»:直達(dá)聲與海面反射聲同相小加.B）當(dāng)R”=匕入,3/=1.2,»時(shí)聲壓取極小JiKVnJR/D）當(dāng)R.過(guò)_時(shí).聲壓振幅為X3、根據(jù)表面聲道傳播的主

19、要特征，把聲速簡(jiǎn)化為線性正梯度分布：cz=Cs1az0<z<Ha0Co=q(i+%)c=q(i+cos改_cos%_cos/_cos彳HCHcfi+aH)2sfc2a205、zm&z0二-或2a7、跨度D:聲線在海面相鄰兩次反射點(diǎn)之間的水平距離。S跨度D與反轉(zhuǎn)深度zm的關(guān)系口_o,D-2zmCtg一z°)或，sm=J2aH0m=2aH6、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。8、海面掠射角越大，跨度也越大。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。特征內(nèi)線對(duì)應(yīng)的捌對(duì)角為，循環(huán)數(shù)N越大

20、，聲線越接近海面，NT00沿海面?zhèn)鞑サ穆暰€。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。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(shí)間近似為:tN1-24N2最接近海底傳播的聲線（N最?。?，傳播時(shí)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(shí)間最長(zhǎng)，最后到達(dá)接收點(diǎn)。換句話說(shuō)，聲線在海面反射的次數(shù)越多，其傳播時(shí)間越長(zhǎng)。>T11、信號(hào)持續(xù)時(shí)間與距離成正比。工12、理解130頁(yè)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(hào)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(huà)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