海洋声学基础义吴立

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1、海洋声学基础——水声学原理绪论各种能量形式中，声传播性能最好。在海水中，电磁波衰减极大，传播距离有限，无法满足海洋活动中的水下目标探测、通讯、导航等需要。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。声传播性能最好，水声声道可以传播上千公里，使其在人类海洋活动中广泛应用，随海洋需求增大，应用会更广。§0-1节水声学简史01490年，意大利达芬奇利用插入水中长管而听到航船声记载。11827年，瑞士物理学家D.colladon法国数学家c.starm于日内瓦湖测声速为1435米每秒。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。21840年焦耳发现磁致伸缩效应188

2、0年居里发现压电效应31912年泰坦尼克号事件后，L.F.Richardson提出回声探测方案。4第一次世界大战，郎之万等利用真空管放大，首次实现了回波探测，表示换能器和弱信号放大电子技术是水声学发展成为可能。（200米外装甲板，1500米远潜艇）残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。5第二次世界大战主被动声呐，水声制导鱼雷，音响水雷，扫描声呐等出现，对目标强度、辐射噪声级、混响级有初步认识。（二战中被击沉潜艇，60%靠的是声呐设备）酽锕极額閉镇桧猪訣锥。6二、三十年代——午后效应，强迫人们对声音在海洋中的传播规律进行了大量研究，

3、并建立起相关理论。对海中声传播机理的认识是二次大战间取得的最大成就。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。7二战后随着信息科学发展，声呐设备向低频、大功率、大基阵及综合信号处理方向发展，同时逐步形成了声在海洋中传播规律研究的理论体系。謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。81、1945年，Ewing发现声道现象，使远程传播成为可能，建立了一些介质影响声传播的介质模型。2、1946年，Bergman提出声场求解的射线理论。3、1948年，Perkeris应用简正波理论解声波导传播问题。4、50-60年代，完善了上述模型（利用计算技术）。5、1966

4、年，Tolstor和Clay提出声场计算中在确定性背景结构中应计入随机海洋介质的必要性。§0-2节水声学的研究对象及任务1、水声学：它是声学的一个重要分支，它基于四十年代反潜战争的需要，在经典声学的基础上吸收雷达技术及其它科学成就而发展起来的综合性尖端科学技术。它包括水声物理和水声工程两方面内容。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。①声物理：是研究声波在水介质中辐射、传播和接收时的各种现象和规律。其任务是为水下探测技术服务的。②水声工程：根据已探知的现象和规律，运用无线电电子学、电声学、统计数学、计算数学、仪表技术、自动控制、信

5、息论、海洋学及物理学其它分支的新成就，研制国防，航海，渔业，海洋开发等应用中的水声仪器设备，它包括水下声系统和水声技术两方面。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。a：水下声系统：实现电、力、声转换，换能器，基阵等材料、结构、辐射、接收特征等。b：水声技术：指水声信号处理、显示技术。2、二者关系：水声物理是基础，提供依据；水声工程丰富了水声物理内容，促进其发展，二者相互促进，相辅相成，不可分开。鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。3、内容安排：①海水介质及边界声特性①声在海洋中的传播规律理论②典型水文条件下的声传播③水下目标的声反射、散射④海中

6、混响⑤海洋噪声⑥声传播起伏§0-3节声呐方程一声呐及其工作方式1、主动声呐目标2、被动声纳目标二声呐参数1、声源级：其中为发射换能器或发射阵声轴方向1米处声强，（参考1微帕均方根声压）籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。①指向性指数：它表征在相同距离上，指向性发射器声轴上声级高出无指向性发射器声场声级的分贝值。①声源级与声功率：目前：1、传播损失：表征声传播一定距离后强度的衰减变化。2、目标强度：反映目标反射本领为在入射波反向离目标声中心1米处回波强度。为目标入射声波的强度。3、海洋环境噪声级：度量环境噪声强弱的量4、等效平面波

7、混响级：（主动声纳）若强度为平面波入射到接收阵，其输出与阵对准目标时混响输出相等，则混响级为：其中1、接收指向性指数：2、阵增益：分子为阵输出信噪比，分母为单阵元输出信噪比，当噪声源各项同性时，由描述3、检测阈：检测阈小，设备处理能力强，性能好。四、声呐方程：1、主动声呐方程：基本考虑：主动声纳方程：（收发合置）①噪声干扰为主：②混响干扰为主：2、被动声呐方程：3、组合声呐参数：名称表达式物理意义回声信号级加到主动声纳接收器（阵）上回声信号级預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。噪声掩蔽级在噪声干扰中声呐正常工作最低信号级渗釤呛俨

8、匀谔鱉调硯錦。混响掩蔽级在混响中声呐正常工作最低信号级铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。回声余量主动声呐回声级超过噪声掩蔽级数量优质因数主动声呐允许最大单程损失主动声呐（TS=0时）允许最大双程损失品质因数接收端声源级与噪声级之差2、声呐方程应用及限制应用：①对已有正在设计中，研制声呐设备进行性能预报。②用于声呐设计例如：——频率高好——频率低好主动声呐背景干扰确定：如