水声学典型条件下的声场.pptx

1声源位于声道轴附近时，在一定角度范围内出射的声线被限制于声道内传播，这部分声线不受海面散射和海底反射的影响，声信号传播很远。一、深海声道概述第1页/共33页2受季节影响小，声道效应稳定。一、深海声道概述第2页/共33页3SOFAR：SOund Fixing And Ranging声学定位和测距。利用深海声道效应可以有效地定位和测距。通常利用若干水声接收基阵来测量爆炸声信号的到达时间，来确定爆炸点的位置和距离。例如进行大地测量、确定导弹溅落点的位置。一、深海声道概述第3页/共33页4Munk声速标准分布模型 ：纬度越高，海面水温受热小，声道轴也越浅。我国南海的声道轴接近1000米。二、深海声道的典型声速分布第4页/共33页5二、深海声道的典型声速分布线性声速分布模型 第5页/共33页6三、声道信号的基本特征我国南海深海声道声速分布与声线轨迹图第6页/共33页7三、声道信号的基本特征声线和信号波形声线偏离声道轴较远的声线，路程最长，但最先到达；沿声道轴传播的声线，路程最短，但最迟到达；沿声道轴传播的声线最密集，携带能量最大。第7页/共33页8三、声道信号的基本特征声线和信号波形信号波形特点多途径传播的爆炸信号，接收信号强度由小变大直至峰值，然后突然截止；与表面声道声传播具有类似规律。第8页/共33页9三、声道信号的基本特征会聚区和声影区汇聚区：声影区：高声强焦散 反转折射声线 的区域 无法达到区域第9页/共33页10三、声道信号的基本特征会聚区和声影区：声纳可利用水下声道的会聚区来实现远程探测。影区内，只存在海面或海底的反射声线，声强明显小于会聚区声强。：会聚区宽度随会聚区序号增加而变宽，影区宽度随影区序号增加而变窄。第10页/共33页11会聚区和声影区会聚区内平均声强 设无指向性声源的发射功率为W，形成会聚区的声线掠射角范围为 ，空间会聚区内的总声功率：假设水平距离处的声线平均掠射角 ，则垂直声线方向的环形截面积等于三、声道信号的基本特征第11页/共33页12会聚区和声影区会聚区内平均声强会聚增益：会聚区声强与球面扩展声强之比声强异常：会聚增益的分贝值，即 三、声道信号的基本特征会聚区宽度与会聚区序号有关第12页/共33页13会聚区和声影区声强异常：为球面波损失高于会聚区损失的分贝数。波动理论的解释：会聚现象是焦散线上大量同相简正波叠加的结果；同相叠加的简正波数目越多，会聚增益越大；会聚增益也与简正波的深度分布函数有关，即与z有关。三、声道信号的基本特征第13页/共33页14四、深海声道典型声线轨迹典型声线演示第14页/共33页15典型声线轨迹四、深海声道典型声线轨迹第15页/共33页16深海声道的传播损失 考虑海水介质声吸收引起的衰减：近距离处，球面波扩展衰减远距离处，柱面波扩展衰减深海声道是远距离传输的波导五、深海声道中的传播损失第16页/共33页17六、深海负梯度深海负梯度特点从声源发出的声线向海底折射，不再反转回声源所在的水平面上，与前面介绍的波导传播情况相反，故称为反波导传播第17页/共33页18六、深海负梯度深海负梯度特点存在一条与海面相切的极限声线在极限声线以内为声亮区在极限声线以外为声影区（直达声无法到达的）第18页/共33页19六、深海负梯度几何作用距离定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离 ：几何作用距离为多少？第19页/共33页20六、深海负梯度几何作用距离定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离 ：几何作用距离为多少？第20页/共33页21六、深海负梯度几何作用距离定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离 ：几何作用距离为多少？第21页/共33页22六、深海负梯度几何作用距离 ：通常，声影区中不存在通常意义上的声线，可引入衍射声线的概念。第22页/共33页23负跃层特点描述：声速显著减小的水层。声线通过负跃层时，声线明显弯曲，声强减弱，对声纳作用距离影响很大。声道模型 负跃层上方介质声速为 ，下方介质声速为 ，且 ，负跃层较薄。：声线折射后，介质中的声强如何变化？七、深海负跃层第23页/共33页24七、深海负跃层声线折射后，介质中的声强如何变化？处的水平距离：水平距离的偏导数：第24页/共33页25七、深海负跃层声线折射后，介质中的声强如何变化？的求解：第25页/共33页26七、深海负跃层声线折射后，介质中的声强如何变化？射线声学声强求解公式：声线折射后的声强：第26页/共33页27七、深海负跃层声线折射后，介质中的声强如何变化？声线折射后的声强：声强变化分析：要考虑负跃层对声传播的影响，只需考虑跃变层上下边界处的声强变化关系即可。第27页/共33页28七、深海负跃层声线折射后，介质中的声强如何变化？声强变化分析：上边界声强：下边界声强：第28页/共33页29七、深海负跃层声线折射后，介质中的声强如何变化？经跃变层的传播损失：分析：结论：声波经过负跃层引起声能损失。举例：当 （相当水温有10以上变化），声源处掠射角 时，传播衰减相当于声强减小7倍第29页/共33页30声速分布如下图，声源位于深度H处，以 出射的声线在 、深度上反转，已知 ，求水平距离 。八、课堂测验第30页/共33页31声速分布下图，声源位于 处，以 出射的声线在 处反转。已知 ，求水平距离 。声速分布如下图，已知 ，求水平距离 。八、课堂测验第31页/共33页32THE ENDTHE END第32页/共33页College of Underwater Acoustic Engineering HEU33感谢您的观看！第33页/共33页