(完整版)水声重点(更新版)

（以下内容来自老师给的ppt）第1章-声纳及声纳方程1、声源级SL描述主动声纳所发射声信号的强弱：I是发射器声轴方向上离声源中心1m处的声强2、发射指向性指数DITNDDTIIDIlg10理解:3、传播损失TL定量描述声波传播一定距离后声强度的衰减变化：rIITL1lg104、目标强度TS定量描述目标反射本领的大小：5、海洋环境噪声级NL是度量环境噪声强弱的量：注意：IN是测量带宽内或1Hz频带内的噪声强度。6、等效平面波混响级RL定量描述混响干扰的强弱。7、接收指向性指数DIR接收系统抑制背景噪声的能力。声功率指向性水听器产生的噪噪声功率无指向性水听器产生的lg10RDI8、检测阈DT设备刚好能正常工作所需的处理器输入端的信噪比值(SNR)。噪声功率信号功率lg10DT10lg10rIISL214mWPIar77.170lg10aPSLTaDIPSL77.170lg101lg10rirIITS0lg10IIRL9、主动声纳方程（噪声背景）：（SL-2TL+TS）-（NL-DI）＝DT主动声纳方程（混响背景）：（SL-2TL+TS）-RL＝DT被动声纳方程（SL-TL）-（NL-DI）＝DT10、回声信号级：SL-2TL+TS加到主动声纳接收换能器上的回声信号的声级噪声掩蔽级：NL-DI+DT工作在噪声干扰中的声纳设备正常工作所需的最低信号级混响掩蔽级：RL+DT工作在混响干扰中的声纳设备正常工作所需的最低信号级回声余量：SL-2TL+TS-（NL-DI+DT）主动声纳回声级超过噪声掩蔽级的数量优质因数：SL-（NL-DI+DT）对于被动声纳，该量规定最大允许单程传播损失；对于主动声纳，当TS=0时，该量规定了最大允许双程传播损失品质因数：SL-（NL-DI）声纳接收换能器测得的声源级与噪声级之差思考题：1．什么是声纳？声纳可以完成哪些任务？答:利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的系统;按照工作方式分类：主动声纳和被动声纳2．主被、动声纳的信息流程有何不同？3．发射指向性指数物理含义是什么？答:1.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辐射声场声级的分贝数；2.DIT越大，声能在声轴方向集中的程度越高；就有利于增加声纳的作用距离。4．请写出主动声呐方程和被动声呐方程？在声呐方程中各项参数的物理意义是什么？主动声纳方程（噪声背景）：（SL-2TL+TS）-（NL-DI）＝DT主动声纳方程（混响背景）：（SL-2TL+TS）-RL＝DT被动声纳方程（SL-TL）-（NL-DI）＝DT5．环境噪声和海洋混响都是主动声呐的干扰，在实际工作中如何确定哪种干扰是主要的？答: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的曲线，如下图，然后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，rRrn，所以混响是主要干扰。6．已知混响是某主动声呐的主要干扰，现将该声呐的声源级增加10dB，问声呐作用距离能提高多少？又，在其余条件不变的情况下，将该声呐发射功率增加一倍，问作用距离如何变化。解：对于受混响干扰的主动声呐，提高声源级并不能增加作用距离，因为此时信混比并不改变。在声呐发射声功率增加一倍，其余条件不变的情况下，作用距离变为原距离的42倍，即R1=42R。7.什么条件下发生海底全反射，此时反射系数有什么特点，说明其物理意义。解：发生全反射的条件是：掠时角小于等于全反射临界角，界面下方介质的声速大于界面上方介质的声速。发生全反射时，反射系数是复数，其模等于1，虚部和实部的比值给出相位跳变角的正切，即全反射时，会产生相位跳变.第2章海洋的声学特性1、声速梯度：PPSSTTcgagagadzdcg海洋中的声速c（m/s）随温度T（℃）、盐度S（‰）、压力P（kg/cm2）的增加而增加。2、理解3、声波传播的强度衰减（传播损失）原因：（1）扩展损失（几何衰减）；（2）吸收损失；（3）散射。传播损失TL=扩展损失TL1+吸收损失TL24、扩展损失dBrnTLlg10（1）n=0适用管道中的声传播，平面波传播0TL（2）n=1适用表面声道和深海声道，柱面波传播rTLlg10（4）n=2适用于开阔水域(自由场)，球面波传播。rTLlg205、１Neper=8.68dB，声吸收引起的传播损失（吸收系数乘以传播距离）：6、总传播损失（扩展＋吸收）：rrnTLlg107、理解：kmdBffBfffSfATTT/2227315206109.21TTf21089.1A21072.2B驰豫频率随温度升高而增加。8、Thorp给出了低频段（驰豫频率约为1kHz）吸收系数的经验公式（适用4℃温度附近）：kmdBffff/41007.401102.02222（理解）9、海水粗糙，反射系数小；海底平坦，反射系数大。10、11、理解12、沉积层中声波衰减系数：mKf（理解）13、海底反射损失：反射声振幅相对入射声振幅减小的分贝数，定义为：VppBLirlg20lg20（理解）海底反射损失为正值，BL分贝数越大，海底反射损失越大；V为反射系数模值。14、cTck2I1TL=10lg11Ixxxx理解：khkgctanh2khkTkgcftanh2作业1：1．海水中的声速与哪些因素有关？画出三种常见的海水声速分布？答:海水中的声速与海水温度、密度和静压力（深度）有关，它们之间的关系难以用解析式表达。2．声呐A，B有相等的声源级，但声呐A工作频率fA高于声呐B工作频率fB,问哪台声呐作用距离远，说明原因?解：声呐B工作距离远，因为它的工作频率较低，海水吸收小，所以作用距离较远3．声波在海洋中传播时，其声强会逐渐衰减，说明原因。列举三种常用传播损失表达式，并说明适用条件?答: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。4.夏日某处海水中温度分布简化如下图所示的曲线。试求：在什么深度上声速梯度的绝对值最大？该处的声速梯度是多少？作业21．什么是反向散射强度？平坦海底和粗糙海底的反向散射强度有何不同？2．请简单描述海底“三参数”模型？“三参数”物理含义是什么？3．邻近海面的水下点源声场中的声压振幅随距离变化具有哪些规律？4．引起海洋内部不均匀性的主要因素有哪些？第3章-海洋中的声传播理论1、0,,22pzyxkp（理解）2、Fpzyxkp,,22（理解）3、绝对软边界条件：声压为零（海面）0,,,,,tyxztzyxp4、绝对硬边界条件：法向质点振速为零（海底）5、可通过令nnnzZrRzrp,的分离变量法求得本征函数通解6、理解nnznznnnnnrHzkzkHjrHzZzZjzrp200200sinsin2,22021Hncn、,3,2,121nHnkzn7、简正波阶数最大值：210cHN8、理解临界频率：最高阶简正波传播频率NnrjznznnnezkzkrHjzrp140sinsin22,HcNN021HcNfN22109：截止频率：简正波在波导中无衰减传播的最低临界频率Hc201Hcf40110、相速：等相位面的传播速度（振动状态在介质中的传播速度）201nnpncc（理解）11、群速：声波能量的传播速度201nngncddc（理解）12、倒数关系20cccgnpn13、深度取平均后，传播损失为：HrHrLlg10lg10lg10声能被限制在层内，随距离r作柱面波衰减。14、cHrTL2lg10lg10临界掠射角c越小，传播损失TL就越大15、16、rktjAek为波矢量17、均匀介质平面波：均匀介质球面波：非均匀介质球面波：18、理解：zyxnkk,,2202(声线方向声线轨迹声线传播时间)022AA声线幅度或携带的能量19、声速k为常数时：声线为直线。声速k是坐标z的函数时的声线：总是弯向声速小的方向。20、constSISISS2211（由声源辐射声功率确定）21、zrrWIzrAsincos,002122、求出程函方程的条件22kAA23、在波束边缘、声影区（声线不能到达的区域）和焦散区（声能会聚区域），射线声学不成立。24、=常数25、恒定声速梯度情况下，声线曲率处处相等，轨迹是圆弧。26、声源在海面以任意掠射角出射的声线轨迹方程：（理解）27、单层线性分层介质中的声强28、理解P93页的表3.1作业：1、波动方程的定解条件有哪些？1）边界条件物理量在介质边界上必须满足的条件。①绝对软边界条件：声压为零②绝对硬边界条件：法向质点振速为零③混合边界条件：压力和振速线性组合④边界上密度或声速有限间断2）辐射条件无穷远处没有声源存在时，其声场应具有扩散波的性质①平面波情况②柱面波情况③球面波情况00coscoscc0jkx0limjkrrr0limjkrrr3）奇性条件对于声源辐射的球面波，在声源处存在奇异点，即2、何谓简正波？平面层波导简正波求解方法？3、若声源激发频率N时，波导中不存在哪些阶简正波？声源激发频率N时，波导中不存在第N阶及以上各阶简正波的传播4、简正波的相速度和群速度有何区别？物理意义有何不同？1)相速：虚斜线沿r方向传播速度群速：波形包络传播速度2)相速：等相位面的传播速度群速：声波能量的传播速度简正波的群速小于相速。5、液态海底声波传播规律如何？液态海底没有切变波，其声速通常大于海水声速，但对于高饱和海底沉积层会出现相反情况。1.说明射线声学的基本方程、适用条件及其局限性，并说明球面波和柱面波传播时声线的传播方向？解：射线声学是波动声学的高频近似，适用高频条件和介质不均匀性缓慢变化的情况，但它不适用影区，焦散线。柱面声波的声线垂直于柱的侧面，球面声波的声线垂直于球面.2.水平分层介质中的“程函方程”表示如何？3.聚集因子F是如何定义的，它有什么物理意义？举出二个F1的场合。解：聚集因子，其中I是非均匀介质中的声强，是按球面波衰减的声强，若F1，表示该处衰减小于球面波规律，反之，则表示该处衰减大于球面波规律。会聚区中和焦散线上F1。4.海水中声速分布如下图所示，请画出几条典型声线轨迹图。0rp5．已知cS、a1、a2，声源在z0处，声线在z2处翻转，z1处声速最小，z0、z1和z也为已知，求声线水平距离R。6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。第4章典型传播条件下的声场1、2、3、根据表面声道传播的主要特征，把声速简化为线性正梯度分布：001aHzazczcs4、5、azzm2200或azsm226、临界角：在表面声道层深处发生反转的声线，其声源处和海面处的掠射角最大，称为临界角；该声线为临界声线。002zHam或aHsm27、跨度D：声线在海面相邻两次反射点之间的水平距离。海面掠射角s声线的跨度D：跨度D与反转深度mz的关系atgDs222smctgzD8、海面