水声学典型条件下的声场学习教案.pptx

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1、会计学1水声学典型条件水声学典型条件(tiojin)下的声场下的声场第一页，共33页。2n n受季节影响受季节影响受季节影响受季节影响(y(y ngxingxi ng)ng)小，声道效应稳定。小，声道效应稳定。小，声道效应稳定。小，声道效应稳定。一、深海一、深海(shn hi)声道概述声道概述第2页/共33页第二页，共33页。3n nSOFARSOFAR：SOund Fixing And RangingSOund Fixing And Ranging声学定位和测距。利用深海声道效应可以有声学定位和测距。利用深海声道效应可以有声学定位和测距。利用深海声道效应可以有声学定位和测距。利用深海声道效应

2、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爆炸点的位置爆炸点的位置爆炸点的位置(wi zhi)(wi zhi)和距离。例如进行大地测量、确定导弹溅落点的位置和距离。例如进行大地测量、确定导弹溅落点的位置和距离。例如进行大地测量、确定导弹溅落点的位置和距离。例如进行大地测量、确定导弹溅落点的位置(wi zhi)(wi zhi)。

3、一、深海一、深海(shn hi)声道概述声道概述第3页/共33页第三页，共33页。4n nMunkMunk声速标准声速标准声速标准声速标准(biozh(biozh n)n)分布模型分布模型分布模型分布模型n n ：纬度越高，海面水温受热小，声道轴也越浅。：纬度越高，海面水温受热小，声道轴也越浅。：纬度越高，海面水温受热小，声道轴也越浅。：纬度越高，海面水温受热小，声道轴也越浅。n n 我国南海的声道轴接近我国南海的声道轴接近我国南海的声道轴接近我国南海的声道轴接近10001000米。米。米。米。二、深海二、深海(shn hi)声道的典型声道的典型声速分布声速分布第4页/共33页第四页，共33页

4、。5二、深海声道的典型二、深海声道的典型(dinxng)声速分布声速分布n n线性声速分布线性声速分布线性声速分布线性声速分布(fnb)(fnb)模型模型模型模型 第5页/共33页第五页，共33页。6三、声道信号三、声道信号(xnho)的基本特的基本特征征n n我国南海深海我国南海深海我国南海深海我国南海深海(shn h(shn h i)i)声道声速分布与声线轨迹图声道声速分布与声线轨迹图声道声速分布与声线轨迹图声道声速分布与声线轨迹图第6页/共33页第六页，共33页。7三、声道信号三、声道信号(xnho)的基本特的基本特征征n n声线和信号声线和信号声线和信号声线和信号(xnho)(xnho

5、)波形波形波形波形n n声线声线声线声线n n偏离声道轴较远的声线，路程最长，但最先到达；偏离声道轴较远的声线，路程最长，但最先到达；偏离声道轴较远的声线，路程最长，但最先到达；偏离声道轴较远的声线，路程最长，但最先到达；n n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，路程最短，但最迟到达；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，路程最短，但最迟到达；n n沿声道轴传播的声线最密集，携带能量最大。沿声道轴传播的声线最密集，携带能量最大。沿声道轴传播的声线最密集，携带能量最大。沿声道轴传播的声线最密集，携带能量最大。第7页/共33页第七页，共33页。8三

6、、声道信号三、声道信号(xnho)的基本特的基本特征征n n声线和信号波形声线和信号波形声线和信号波形声线和信号波形n n信号波形信号波形信号波形信号波形n n特点特点特点特点n n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；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；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；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；n n与表面与表面与表面与表面(bi(bi omin)omin)声道声传播具有类似规律。声道声传播具有类似规律。声道声传播具有类似规律。声道声传播具有类似

7、规律。第8页/共33页第八页，共33页。9三、声道信号三、声道信号(xnho)的基本特的基本特征征n n会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区n n汇聚区：汇聚区：汇聚区：汇聚区：声影区：声影区：声影区：声影区：n n 高声强焦散高声强焦散高声强焦散高声强焦散 反转折射反转折射反转折射反转折射(zhsh)(zhsh)声线声线声线声线n n 的区域的区域的区域的区域 无法达到区域无法达到区域无法达到区域无法达到区域第9页/共33页第九页，共33页。10三、声道信号三、声道信号(xnho)的基本特的基本特征征n n会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区n n：声

8、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：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：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：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(h(h imin)imin)或海底的反射声线，声强明显小于会聚区声强。或海底的反射声线，声强明显小于会聚区声强。或海底的反射声线，声强明显小于会聚区声强。或海底的反射声线，声强明显小于会聚区声强。n n：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。：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。：会聚区宽度随会聚区

9、序号增加而变宽，影区宽度随影区序号增加而变窄。：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页第十页，共33页。11n n会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区n n会聚区内平均声强会聚区内平均声强会聚区内平均声强会聚区内平均声强n n 设无指向性声源的发射功率为设无指向性声源的发射功率为设无指向性声源的发射功率为设无指向性声源的发射功率为WW，形成会聚区的声线掠射角范围，形成会聚区的声线掠射角范围，形成会聚区的声线掠射角范围，形成会聚区的声线掠射角范围(fnwi)(fnwi)为为为为 ，空间会聚区内的总声功率：空间会聚区内的总声功率：空间

10、会聚区内的总声功率：空间会聚区内的总声功率：n n 假设水平距离处的声线平均掠射角假设水平距离处的声线平均掠射角假设水平距离处的声线平均掠射角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，则垂直声线方向的环形截面积等于，则垂直声线方向的环形截面积等于，则垂直声线方向的环形截面积等于三、声道信号三、声道信号(xnho)的基本特的基本特征征第11页/共33页第十一页，共33页。12n n会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区n n会聚区内平均声强会聚区内平均声强会聚区内平均声强会聚区内平均声强(shn(shn qin qin)n n会聚增益：会聚区声强会聚增益

11、：会聚区声强会聚增益：会聚区声强会聚增益：会聚区声强(shn(shn qin qin)与球面扩展声强与球面扩展声强与球面扩展声强与球面扩展声强(shn(shn qin qin)之比之比之比之比n n声强声强声强声强(shn(shn qin qin)异常：会聚增益的分贝值，即异常：会聚增益的分贝值，即异常：会聚增益的分贝值，即异常：会聚增益的分贝值，即 三、声道信号三、声道信号(xnho)的基本特的基本特征征会聚区宽度会聚区宽度(kund)与会聚区序号有关与会聚区序号有关第12页/共33页第十二页，共33页。13n n会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区会聚区和声影区n n声强异常：为球面

12、波损失高于会聚区损失的分贝数。声强异常：为球面波损失高于会聚区损失的分贝数。声强异常：为球面波损失高于会聚区损失的分贝数。声强异常：为球面波损失高于会聚区损失的分贝数。n n 波动理论的解释：波动理论的解释：波动理论的解释：波动理论的解释：n n会聚现象是焦散线上大量同相简正波叠加的结果会聚现象是焦散线上大量同相简正波叠加的结果会聚现象是焦散线上大量同相简正波叠加的结果会聚现象是焦散线上大量同相简正波叠加的结果(ji gu(ji gu)；n n同相叠加的简正波数目越多，会聚增益越大；同相叠加的简正波数目越多，会聚增益越大；同相叠加的简正波数目越多，会聚增益越大；同相叠加的简正波数目越多，会聚增

13、益越大；n n会聚增益也与简正波的深度分布函数有关，即与会聚增益也与简正波的深度分布函数有关，即与会聚增益也与简正波的深度分布函数有关，即与会聚增益也与简正波的深度分布函数有关，即与z z有关。有关。有关。有关。三、声道信号三、声道信号(xnho)的基本特的基本特征征第13页/共33页第十三页，共33页。14四、深海声道典型四、深海声道典型(dinxng)声声线轨迹线轨迹n n典型典型典型典型(di(di nxng)nxng)声线演示声线演示声线演示声线演示第14页/共33页第十四页，共33页。15n n典型典型典型典型(di(di nxng)nxng)声线轨迹声线轨迹声线轨迹声线轨迹四、深海

14、声道典型四、深海声道典型(dinxng)声声线轨迹线轨迹第15页/共33页第十五页，共33页。16n n深海声道的传播损失深海声道的传播损失深海声道的传播损失深海声道的传播损失 n n考虑海水介质声吸收引起的衰减考虑海水介质声吸收引起的衰减考虑海水介质声吸收引起的衰减考虑海水介质声吸收引起的衰减(shui ji(shui ji n)n)：n n近距离处，球面波扩展衰减近距离处，球面波扩展衰减近距离处，球面波扩展衰减近距离处，球面波扩展衰减(shui ji(shui ji n)n)n n远距离处，柱面波扩展衰减远距离处，柱面波扩展衰减远距离处，柱面波扩展衰减远距离处，柱面波扩展衰减(shui j

15、i(shui ji n)n)n n深海声道是远距离传输的波导深海声道是远距离传输的波导深海声道是远距离传输的波导深海声道是远距离传输的波导五、深海五、深海(shn hi)声道中的传声道中的传播损失播损失第16页/共33页第十六页，共33页。17六、深海六、深海(shn hi)负梯度负梯度n n深海负梯度特点深海负梯度特点深海负梯度特点深海负梯度特点n n从声源从声源从声源从声源(shn(shn yun)yun)发出的声线向海底折射，不再反转回声源发出的声线向海底折射，不再反转回声源发出的声线向海底折射，不再反转回声源发出的声线向海底折射，不再反转回声源(shn(shn yun)yun)所在的所

16、在的所在的所在的水平面上，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页第十七页，共33页。18六、深海六、深海(shn hi)负梯度负梯度n n深海负梯度特点深海负梯度特点深海负梯度特点深海负梯度特点n n存在一条与海面相切的极限声线存在一条与海面相切的极限声线存在一条与海面相切的极限声线存在一条与海面相切的极限声线n n在极限声线以内为声亮区在极限声线以内为声亮区在极限声线以内为声亮区在极限声线以内为声亮区

17、n n在极限声线以外为声影区在极限声线以外为声影区在极限声线以外为声影区在极限声线以外为声影区(y(y n n q)q)（直达声无法到达的）（直达声无法到达的）（直达声无法到达的）（直达声无法到达的）第18页/共33页第十八页，共33页。19六、深海六、深海(shn hi)负梯度负梯度n n几何作用距离几何作用距离几何作用距离几何作用距离n n定义：从声源到观察点深度定义：从声源到观察点深度定义：从声源到观察点深度定义：从声源到观察点深度(shnd)(shnd)影区边缘的水平距离影区边缘的水平距离影区边缘的水平距离影区边缘的水平距离 n n n n ：几何作用距离为多少？：几何作用距离为多少？

18、：几何作用距离为多少？：几何作用距离为多少？第19页/共33页第十九页，共33页。20六、深海六、深海(shn hi)负梯度负梯度n n几何作用距离几何作用距离几何作用距离几何作用距离n n定义：从声源到观察点深度影区定义：从声源到观察点深度影区定义：从声源到观察点深度影区定义：从声源到观察点深度影区(y(y n n q)q)边缘的水平距离边缘的水平距离边缘的水平距离边缘的水平距离 n n n n ：几何作用距离为多少？：几何作用距离为多少？：几何作用距离为多少？：几何作用距离为多少？第20页/共33页第二十页，共33页。21六、深海六、深海(shn hi)负梯度负梯度n n几何几何几何几何(

19、j(j h)h)作用距离作用距离作用距离作用距离n n定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离定义：从声源到观察点深度影区边缘的水平距离 n n n n ：几何：几何：几何：几何(j(j h)h)作用距离为多少？作用距离为多少？作用距离为多少？作用距离为多少？第21页/共33页第二十一页，共33页。22六、深海六、深海(shn hi)负梯度负梯度n n几何作用距离几何作用距离几何作用距离几何作用距离n n ：通常，声影区中不存在通常意义上的声线，可引入衍射：通常，声影区中不存在通常意义上的声线，可引入衍射：通

20、常，声影区中不存在通常意义上的声线，可引入衍射：通常，声影区中不存在通常意义上的声线，可引入衍射(y(y nsh)nsh)声线的概念。声线的概念。声线的概念。声线的概念。第22页/共33页第二十二页，共33页。23n n负跃层特点负跃层特点负跃层特点负跃层特点n n描述：声速显著减小的水层。描述：声速显著减小的水层。描述：声速显著减小的水层。描述：声速显著减小的水层。n n声线通过负跃层时，声线明显弯曲声线通过负跃层时，声线明显弯曲声线通过负跃层时，声线明显弯曲声线通过负跃层时，声线明显弯曲(wnq)(wnq)，声强减弱，对声纳作用距离影响很大。，声强减弱，对声纳作用距离影响很大。，声强减弱，

21、对声纳作用距离影响很大。，声强减弱，对声纳作用距离影响很大。n n声道模型声道模型声道模型声道模型n n 负跃层上方介质声速为负跃层上方介质声速为负跃层上方介质声速为负跃层上方介质声速为 ，下方，下方，下方，下方n n介质声速为介质声速为介质声速为介质声速为 ，且，且，且，且 ，负跃层较，负跃层较，负跃层较，负跃层较n n薄。薄。薄。薄。n n：声线折射后，介质中的声强如何变化？：声线折射后，介质中的声强如何变化？：声线折射后，介质中的声强如何变化？：声线折射后，介质中的声强如何变化？七、深海七、深海(shn hi)负跃层负跃层第23页/共33页第二十三页，共33页。24七、深海七、深海(sh

22、n hi)负跃层负跃层n n声线折射声线折射声线折射声线折射(zhsh)(zhsh)后，介质中的声强如何变化？后，介质中的声强如何变化？后，介质中的声强如何变化？后，介质中的声强如何变化？n n 处的水平距离：处的水平距离：处的水平距离：处的水平距离：n n水平距离的偏导数：水平距离的偏导数：水平距离的偏导数：水平距离的偏导数：第24页/共33页第二十四页，共33页。25七、深海七、深海(shn hi)负跃层负跃层n n声线折射后，介质中的声强如何变化声线折射后，介质中的声强如何变化声线折射后，介质中的声强如何变化声线折射后，介质中的声强如何变化(binhu)(binhu)？n n 的求解：的

23、求解：的求解：的求解：第25页/共33页第二十五页，共33页。26七、深海七、深海(shn hi)负跃层负跃层n n声线折射后，介质中的声强如何变化？声线折射后，介质中的声强如何变化？声线折射后，介质中的声强如何变化？声线折射后，介质中的声强如何变化？n n射线声学声强求解射线声学声强求解射线声学声强求解射线声学声强求解(qi ji)(qi ji)公式：公式：公式：公式：n n声线折射后的声强：声线折射后的声强：声线折射后的声强：声线折射后的声强：第26页/共33页第二十六页，共33页。27七、深海七、深海(shn hi)负跃层负跃层n n声线折射后，介质中的声强如何声线折射后，介质中的声强如

24、何声线折射后，介质中的声强如何声线折射后，介质中的声强如何(rh)(rh)变化？变化？变化？变化？n n声线折射后的声强：声线折射后的声强：声线折射后的声强：声线折射后的声强：n n声强变化分析：声强变化分析：声强变化分析：声强变化分析：n n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。即可。即可。即可。第27页/共33页第二十七页，共33页。28七、深海七、深海(shn

25、 hi)负跃层负跃层n n声线折射后，介质中的声强声线折射后，介质中的声强声线折射后，介质中的声强声线折射后，介质中的声强(shn(shn qin qin)如何变化？如何变化？如何变化？如何变化？n n声强声强声强声强(shn(shn qin qin)变化分析：变化分析：变化分析：变化分析：n n上边界声强上边界声强上边界声强上边界声强(shn(shn qin qin)：n n下边界声强下边界声强下边界声强下边界声强(shn(shn qin qin)：第28页/共33页第二十八页，共33页。29七、深海七、深海(shn hi)负跃层负跃层n n声线折射后，介质中的声强如何变化？声线折射后，介质

26、中的声强如何变化？声线折射后，介质中的声强如何变化？声线折射后，介质中的声强如何变化？n n经跃变层的传播经跃变层的传播经跃变层的传播经跃变层的传播(chunb)(chunb)损失：损失：损失：损失：n n分析：分析：分析：分析：n n结论：声波经过负跃层引起声能损失。结论：声波经过负跃层引起声能损失。结论：声波经过负跃层引起声能损失。结论：声波经过负跃层引起声能损失。n n举例：当举例：当举例：当举例：当 （相当水温有（相当水温有（相当水温有（相当水温有1010以上变化），声源处掠射角以上变化），声源处掠射角以上变化），声源处掠射角以上变化），声源处掠射角 时，传播时，传播时，传播时，传播(

27、chunb)(chunb)衰减衰减衰减衰减相当于声相当于声强强(shn qin)减减小小7倍倍第29页/共33页第二十九页，共33页。30n n声速声速声速声速(shn(shn s)s)分布如下图，声源位于深度分布如下图，声源位于深度分布如下图，声源位于深度分布如下图，声源位于深度HH处，以处，以处，以处，以 出射的声线在出射的声线在出射的声线在出射的声线在 、深度上反转，已深度上反转，已深度上反转，已深度上反转，已知知知知 ，求水平距离，求水平距离，求水平距离，求水平距离 。八、课堂八、课堂(ktng)测验测验第30页/共33页第三十页，共33页。31n n声速分布下图，声源位于声速分布下图

28、，声源位于声速分布下图，声源位于声速分布下图，声源位于 处，以处，以处，以处，以 出射的声线在出射的声线在出射的声线在出射的声线在 处反转处反转处反转处反转(f(f n zhun zhu n)n)。已。已。已。已知知知知 ，求水平距离，求水平距离，求水平距离，求水平距离 。n n声速分布如下图，已知声速分布如下图，已知声速分布如下图，已知声速分布如下图，已知 ，求水平距离，求水平距离，求水平距离，求水平距离 。八、课堂八、课堂(ktng)测验测验第31页/共33页第三十一页，共33页。32THE ENDTHE END第32页/共33页第三十二页，共33页。College of Underwater Acoustic Engineering HEU33感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第33页/共33页第三十三页，共33页。