水声学典型传播条件下的声场学习教案

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1、会计学1水声学典型水声学典型(dinxng)传播条件下的声场传播条件下的声场第一页，共75页。2第2页/共75页第二页，共75页。3第3页/共75页第三页，共75页。4第4页/共75页第四页，共75页。5第5页/共75页第五页，共75页。6mrr 第6页/共75页第六页，共75页。7第7页/共75页第七页，共75页。8212111jkRjkReReRp21221212121RzzRzRzzRR21221212221RzzRzRzzRRnznnzz!) 1() 1(1)1 (第8页/共75页第八页，共75页。9RzjjkRRjkzzRjkzzeeeRzzRzeRzzRzRp22122121221

2、211121211n声压振幅近似为：声压振幅近似为：jkReRzzkjRzzkRzzRp1121sincos2RzzkRp1sin2第9页/共75页第九页，共75页。10n解释：直达声与海面解释：直达声与海面(himin)反射声反相叠反射声反相叠加。加。211NkzzRN,2,1,0NNRp/2maxMkzzRM1,2,1M31min/2MRzzp第10页/共75页第十页，共75页。11102kzzR 12kzzR 212Rkzzp ),max(MNRR第11页/共75页第十一页，共75页。12102kzzR 第12页/共75页第十二页，共75页。13RkzzRTL1sinlg20lg20RT

3、Llg60RTLlg4012kzzR )() 1 (lg20)() 1 (lg10rPPrIITL)/(1MkzzR ,2,1M )21(/1NkzzR,2,1,0NRTLlg20第13页/共75页第十三页，共75页。14RzzRjkRzzRjkeReRp11121122cos211RkzzRpRkzzRTL122cos21lg10lg20此处不是此处不是(b shi)1而是而是第14页/共75页第十四页，共75页。15第15页/共75页第十五页，共75页。16 0,0,1aHzazczcsHHsscccccoscoscoscos00001azccsaHccsH1第16页/共75页第十六页，共

4、75页。17 第17页/共75页第十七页，共75页。18002000cos2sin2111cosaazzazazmmssmazcos2sin22azzm2200 azsm22第18页/共75页第十八页，共75页。19第19页/共75页第十九页，共75页。20002zHam aHsm2m0smHz 第20页/共75页第二十页，共75页。21第21页/共75页第二十一页，共75页。22ssarcossinsinsatgDs2mz22smctgzD第22页/共75页第二十二页，共75页。23声线海面掠射角声线海面掠射角，最大跨度，最大跨度aHD8max0min2azsazD0min8smcs1450

5、15102 . 1mamH500度弧度3 . 611. 0maxskmD3 .18max第23页/共75页第二十三页，共75页。24ratgNNDrsNsN2,2,1,NNararctgsN2第24页/共75页第二十四页，共75页。25“坛的回音壁坛的回音壁”。NmzsmzW1第25页/共75页第二十五页，共75页。26n传播时间传播时间(shjin)：ds sinzcdzzcdsdt dzzcacdconstzccossincos0221100sin1sin1lnsin1sin1ln21cos121actdact第26页/共75页第二十六页，共75页。2742002416112sin1sin

6、1ln1sssssacactsD206112ssNacNtNararctgs2第27页/共75页第二十七页，共75页。28331xxarctgx2220241NracrtN第28页/共75页第二十八页，共75页。29比比2max2min03224NNcraT02min032324caHrTNcraT大西洋大西洋声信号声信号(xnho)波形波形第29页/共75页第二十九页，共75页。30射波射波第30页/共75页第三十页，共75页。31n2）声波的反转引入的相位）声波的反转引入的相位(xingwi)损失损失Hzdzk022第31页/共75页第三十一页，共75页。322sin2exp0HdzkjV

7、jVexp,2,1,022sin20nndzkH第32页/共75页第三十二页，共75页。33 23002220220324222112sin2HcadzzHcadzzcHccdzHczcdzksHsHsHH23283223Hacnfsn第33页/共75页第三十三页，共75页。34n注意：这里利用不均匀注意：这里利用不均匀(jnyn)反射系数近似表示式所反射系数近似表示式所应满足的边界条件，推导出表应满足的边界条件，推导出表面声道的截止频率。波动理论面声道的截止频率。波动理论是利用频散方程的根求得。是利用频散方程的根求得。aHHcfs8890988maxaHH第34页/共75页第三十四页，共75

8、页。35mmmm1A第35页/共75页第三十五页，共75页。36相同的，则距离相同的，则距离处的声传播处的声传播损失为：损失为：mmmdAsin4cos21rHr2ArHA222A1A012lg10sin2lg10lg10rrrHAATLmr第36页/共75页第三十六页，共75页。37nn表面声道的传播损失与简正波表面声道的传播损失与简正波方法求得的浅海均匀声场传播方法求得的浅海均匀声场传播损失在形式上一样损失在形式上一样0rr 0rr 0rmrHTL2lg10第37页/共75页第三十七页，共75页。38nn若考虑海水介质声吸收若考虑海水介质声吸收(xshu)和声泄漏引起的衰减，和声泄漏引起的

9、衰减，声道的传播损失为：声道的传播损失为：02zHam21nc0z3010lg10lg10rrrTLL第38页/共75页第三十八页，共75页。39n漏声系数：漏声系数：,32521Hr 310lg20rrTLL,32521Hr 3109 .20lg5lg10rHrTLLTTTfffffffff2222335 . 1026847. 065053. 0768.3211 . 1768.32943. 1nLHtf4 . 13 . 514523 .2921第39页/共75页第三十九页，共75页。40第40页/共75页第四十页，共75页。41nSOFAR：SOund Fixing And Ranging声

10、学定位和测距。声学定位和测距。利用深海声道效应可以有效地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，来确定爆炸点的的到达时间，来确定爆炸点的位置和距离。例如进行大地测位置和距离。例如进行大地测量、确定导弹溅落点的位置。量、确定导弹溅落点的位置。第41页/共75页第四十一页，共75页。42n地中海、黑海、日本海地中海、黑海、日本海:100300米米n我国南海：接近我国南海：接近1000米米n大西洋中部：大西洋中部：11001400米米 110eczc第42页/共75页第四十二页，共75页。43 Hz

11、HzacHzHzacHzHczc1020011 01011020zzaczzaczc第43页/共75页第四十三页，共75页。44n我国南海我国南海(nn hi)深海声道声深海声道声速分布与声线轨迹图速分布与声线轨迹图第44页/共75页第四十四页，共75页。45n声道信号的基本特征声道信号的基本特征n声线和信号波形声线和信号波形n声线声线n偏离声道轴较远的声线，路程最长，但最先偏离声道轴较远的声线，路程最长，但最先到达到达(dod)；n沿声道轴传播的声线，路程最短，但最迟到沿声道轴传播的声线，路程最短，但最迟到达达(dod)；n沿声道轴传播声线最密集，携带能量最大。沿声道轴传播声线最密集，携带能

12、量最大。第45页/共75页第四十五页，共75页。46第46页/共75页第四十六页，共75页。47iiAAiC第47页/共75页第四十七页，共75页。48n声道信号的基本特征声道信号的基本特征n会聚区和声影区会聚区和声影区n会聚区：在海面附近形成高声强焦散的区域。会聚区：在海面附近形成高声强焦散的区域。 n常识：现代声纳可利用水下声道的会聚区来实现常识：现代声纳可利用水下声道的会聚区来实现远程探测。远程探测。 n声影区：反转折射声线无法到达的区域，称为声声影区：反转折射声线无法到达的区域，称为声影区。影区内，只存在海面或海底的反射声线，影区。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

13、声强。声强明显小于会聚区声强。 n 注意：会聚区宽度注意：会聚区宽度(kund)随会聚区序号增加随会聚区序号增加而变宽，影区宽度而变宽，影区宽度(kund)随影区序号增加而变随影区序号增加而变窄。窄。第48页/共75页第四十八页，共75页。49n假设水平距离处的声线平均假设水平距离处的声线平均掠射角掠射角，则垂直声线，则垂直声线方向的环形截面积等于方向的环形截面积等于mm,WWmm2242m2sin2mrr第49页/共75页第四十九页，共75页。50rrWrrWImm2sin2rrrrWIG442GAlg10 第50页/共75页第五十页，共75页。51TLTLIIA00lg100TL第51页/

14、共75页第五十一页，共75页。52n典型声线轨迹动态典型声线轨迹动态(dngti)演演示示第52页/共75页第五十二页，共75页。53n典型典型(dinxng)声线轨迹声线轨迹第53页/共75页第五十三页，共75页。543010lg10lg10rrrTL第54页/共75页第五十四页，共75页。55反波导反波导(b do)传播声线传播声线第55页/共75页第五十五页，共75页。56n问题：如何求解几何作用问题：如何求解几何作用距离？距离？第56页/共75页第五十六页，共75页。57n注意：通常，声影区中不存注意：通常，声影区中不存在通常意义上的声线，可引入在通常意义上的声线，可引入衍射声线的概念

15、。衍射声线的概念。22212211111zaazaarrDaz/11azr112azr22azzD/ )22(1第57页/共75页第五十七页，共75页。58跃层较跃层较n薄。薄。1c2c21cc 第58页/共75页第五十八页，共75页。59n有有10以上变化）时，声源掠以上变化）时，声源掠射角射角n传播衰减传播衰减 0sinsinlg10lg10下上IITL21cc sinsin00TL97. 012cc20dBTL5 . 8相当于声强相当于声强(shn qin)减小减小7倍倍第59页/共75页第五十九页，共75页。60n时的声强衰减规律时的声强衰减规律n22316HrHmrerHzrI2,2

16、/32,reHzrIr适用适用(shyng)距离：距离：)16exp(4)(3222rHerkHrIrmrr 第60页/共75页第六十页，共75页。61nn，Hr 21rrIrTLlg2022316HrH 232reHrIrerHrTLlg20lg5lg15第61页/共75页第六十一页，共75页。6222316Hr )16exp(4)(3222rHerkHrIrerHkHrTLlg32204lg10lg10322第62页/共75页第六十二页，共75页。63Rr LkrrTL60lg20RrR8LTkHHrrrTL60lg51lg15第63页/共75页第六十三页，共75页。64n声强衰减规律：球

17、面扩声强衰减规律：球面扩展展3/2次方扩展次方扩展柱面扩展；柱面扩展；与理论变化公式一致。与理论变化公式一致。Rr8LTkHHrrrTL5 .64lg101lg10第64页/共75页第六十四页，共75页。65n海面为平整自由界面，海底海面为平整自由界面，海底(hi d)为平为平n整硬界面。点源整硬界面。点源位于坐标位于坐标n，观察点位于坐标，观察点位于坐标处。处。01O0,0 zzr ,第65页/共75页第六十五页，共75页。66n因此，海底因此，海底(hi d)反射波声压：反射波声压：20201zzrR01101jkReRp02102jkReRp202022zzHrR第66页/共75页第六十

18、六页，共75页。670z03O04O04030201104103102101jkRjkRjkRjkReReReReRp20203zzrR202042zzHrR第67页/共75页第六十七页，共75页。680z11O12O121104030201112111104103102101jkRjkRjkRjkRjkRjkReReReReReReRp202112zzHrR202124zzHrR第68页/共75页第六十八页，共75页。69和海底的反射次数越多，虚源和海底的反射次数越多，虚源离观察点距离越远，对合成声离观察点距离越远，对合成声压贡献越小。压贡献越小。第69页/共75页第六十九页，共75页。70

19、n两者差别两者差别n反射系数不同反射系数不同0142113212111214321njkRnjkRnjkRnjkRnnnnnneRVVeRVeRVeRVVp01413121143211njkRnjkRnjkRnjkRnnnnnneReReReRp第70页/共75页第七十页，共75页。71第71页/共75页第七十一页，共75页。72n浅海表面浅海表面(biomin)声道中的两声道中的两类声线类声线第72页/共75页第七十二页，共75页。73n结论结论n由于计入海底反射由于计入海底反射(fnsh)的贡献，浅海表面声道的贡献，浅海表面声道的传播损失小于深海表面声道的传播损失小于深海表面声道的传播损失。的传播损失。zrIzrIzrI,21zrI,1zrI,2第73页/共75页第七十三页，共75页。740c2102gdcr 第74页/共75页第七十四页，共75页。College of Underwater Acoustic Engineering75感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第75页/共75页第七十五页，共75页。