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1、期末总结,总复习,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,2,主要内容 主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 主被动声纳方程的工程应用,第一章 声纳方程,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,3,主动声纳方程 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,目标强度,海洋环境噪声级,等效平面波混响级,接收指向性指数,检测阈,College of Underwater A
2、coustic Engineering HEU,4,第一章 声纳方程,两个主动声纳方程的区别 SL - 2TL + TS -（NL - DI）=DT SL-2TL+TS-RL=DT 噪声掩蔽级I，RrRn 噪声掩蔽级II，RnRr,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,5,第一章 声纳方程,被动声纳方程 SL - TL -（NL - DI）=DT SL噪声源 无TS 背景干扰为环境噪声和舰船自噪声 声纳方程的应用 基本应用 声纳设备性能预报 声纳设备设计,College of Underwater Acoustic Engineering
3、 HEU,6,第二章 海洋的声学特性,主要内容 海水中声速的典型结构 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,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,7,第二章 海洋的声学特性,海水中声速的典型结构 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 导致衰减的原因 几何扩展 吸收 散射,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,8,第二章 海洋的声学特性,声传播损失 常见声波的扩展损失 平面波，TL=0 柱面波，TL
4、=10logR 球面波，TL=20logR 吸收损失 切变粘滞 热传导 驰豫 传播损失一般公式 TL=n*10logR+,吸收 散射,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,9,第二章 海洋的声学特性,海底反向散射强度 与入射角的关系 与频率的关系 与海底粗糙度的关系 海底声反射损失 与掠射角的关系 海底三参数模型 模型的描述 三个参数的计算,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,10,第二章 海洋的声学特性,“镜像法”声场计算 镜像法的概念 镜像法计算邻近海面点源声场的基本原理 邻近
5、海面点源声场传播损失的特点 近场菲涅耳（Fresnel）干涉区 远场夫朗和费（Fraunhofer）区 过渡距离,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,11,主要内容 硬底均匀浅海声场的简正波求解 液态海底均匀浅海声场的特点 射线理论 波动理论与射线理论对比,第三章 海洋中的声传播理论,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,12,第三章 海洋中的声传播理论,硬底均匀浅海声场的简正波求解 波动方程导出的基本过程 定解条件 分离变量法求解波动方程的基本过程 本征值与本征函数 临界频率与截
6、止频率 相速与群速 声传播损失的特征,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,13,第三章 海洋中的声传播理论,液态海底均匀浅海声场的特点 声传播损失的特征 射线理论 基本方程的导出过程 应用条件 声压振幅相对变化远小于1 声速相对变化远小于1 声线轨迹计算 恒定声速梯度模型 典型声线绘制,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,14,第三章 海洋中的声传播理论,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,Co
7、llege of Underwater Acoustic Engineering HEU,15,第三章 海洋中的声传播理论,波动理论与射线理论对比 优缺点 适用条件,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,16,作业点评,第一章 什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？ 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？ 声纳方程的两个基本用途是什么？ 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？,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,1
8、7,作业点评,解：根据水文条件及声呐使用场合，画出回声信号级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离变化曲线，由回声信号曲线与混响掩蔽级、噪声掩蔽级曲线的交点所对应的距离来确定混响是主要干扰，还是噪声为主要干扰。如下图， 所以混响是主要干扰。,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,18,第一章 给定水下声压 为 ，那么声强 是多大，与参考声强 比较，以分贝表示的声强级是多少？（取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3） 解：声强： W/m2,作业点评,College of Underwater Acoustic Engineering H
9、EU,19,第一章 给定水下声压 为 ，那么声强 是多大，与参考声强 比较，以分贝表示的声强级是多少？（取声速C=1500m/s，密度为1000kg/m3） 解：声强级： dB,作业点评,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,20,第一章 发射换能器发射40kW的声功率，且方向性指数为15dB，其声源级SL为多少？ 解：声源级定义： 无指向性声源的声强： 设指向性声源的轴向声强为：,作业点评,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,21,第一章 发射换能器发射40kW的声功率，且方向性
10、指数为15dB，其声源级SL为多少？ 解：又： ， 指向性声源的轴向声强： 声源级：,作业点评,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,22,作业点评,第二章 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL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减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。 答：1）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质中不均匀性的散射。,College of U
11、nderwater Acoustic Engineering HEU,23,作业点评,第二章 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL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减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。 答：2）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中波阵面扩张引起声强减少。,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,24,作业点评,第二章 声波在海水中传播时其
12、声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL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减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。 答：3）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。,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,25,作业点评,第二章 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映
13、的主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL表达式。 答：4）开阔水域适用： 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： 偶极子声源远场适用：,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,26,作业点评,第三章 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。 海水中声速值从海面的1500m/s均匀减小到100m深处的1450m/s。求（1）速度梯度；（2）使海表面的水平声线达到100m深处时所需要的水平距离；（3）上述声线到达100m深处时的角度。,College of Underwater Ac
14、oustic Engineering HEU,27,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，圆的曲率半径 km 如右图示，水平传播距离 km,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,28,作业点评,3）由Snell定律知，到达100m深度时的掠射角为 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的声线的轨迹，到第二次从海底反射为止。,College of Underwater Acoustic En
15、gineering HEU,29,第四章 典型传播条件下的声场,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,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,30,第四章 典型传播条件下的声场,本章主要内容 深海声道的概念、特点 深海声道声线 典型声速分布 声道信号及其基本特征 声线和信号波形 会聚区和声影区 深海声道中的传播损失 传播损失,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,31,第四章 典型传播条
16、件下的声场,本章主要内容 深海负梯度的概念、特点 深海负跃层的概念、特点 浅海平均声强随距离的分布规律 浅海传播损失 浅海传播损失半经验公式,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,32,第五章 声波在目标上的反射和散射,本章主要内容 目标强度定义 等效声中心1m 刚性大球目标强度计算理论推导 能量守恒法 常见声纳目标的目标强度值和特性 与方位角、测量距离、发射信号脉冲宽度的变化 目标强度测量方法 比较法、直接法、应答器法,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,33,第五章 声波在目标
17、上的反射和散射,本章主要内容 目标强度测量注意事项 两个远场 一个自由场 合理选择脉冲宽度 回波信号的形成及其特征 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,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,34,第五章 声波在目标上的反射和散射,本章主要内容 壳体目标的回波信号特征 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 求解散射声场的理论方法,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,35,第六章 海洋中的混响,本章主要内
18、容 混响的概念、分类、特点 混响产生的机理 体积混响的建模、计算 海面混响产生的原因及气泡的声学特性 海面混响建模、计算、特点 海面散射的常见理论 海底混响建模、计算、特点 混响预报 混响统计特性,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,36,第七章 水下噪声,本章主要内容 噪声的基本概念、统计特性 噪声谱级与噪声级 海洋环境噪声源的频谱特性 舰船辐射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 辐射噪声与自噪声的异同点,期末总结,习题,College of Underwater Acoustic Engineering HEU
19、,38,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,39,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,40,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,41,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,42,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,43,College of Underwater Acoustic Engineering HEU
20、,44,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,45,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,46,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,47,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,48,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,49,College of Underwater Acoustic Engineering HEU
21、,50,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,51,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,52,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,53,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,54,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,55,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,56,College of Underwater Acoustic Engineering HEU,57,