水声学基础第一章课件.ppt

1、通过讲述声纳方程、海洋声传播特性、目标反射和散射、海洋混响和水下噪声等内容，使学生了解水声工程设计的基本方法、声纳设备以及水声学的最新发展动态，掌握声波在海水中传播时的基本现象和规律以及对声纳设备的影响，具有解决简单的水声工程实际问题的能力。声辐射声辐射声传播声传播声接收声接收海洋环境海洋环境海底海底海面海面海水海水 利用声波作为信息载体来实现水下探测、定位、导航和通信的原理与方法 在军事上，对抗水下声探测、定位、导航和通信的技术措施与手段 水声技术和对抗技术的工程目标实现水声学与海洋环境水声学与海洋环境air-oceaninterfaceoceanvolumeoceansubbottom06

2、-02-20011 9:3506-03-200100:5806-03-20011 5:5606-03-200123:4506-05-200114:0106-05-200123:5706-06-200108:5706-06-200123:57 声速(m/s)图9 54组声速剖面Speed of Sound in WaterDepthDepthDepthSalinityPressureTemperatureMedium Effects:Elasticity and Density Variable Effects of:水声传播中的多途现象水声传播中的多途现象VLASound Speed Prof

3、ileProblems:Ray bundle,Interaction with Bottom,Mode Coupling due to internal wave,front 基于信道基于信道自适应的自适应的声场聚焦声场聚焦海洋环境经济代价战术约束武器系统声纳系统平 台目 标噪声模型混响模型危险评估代价评估声纳性能预报模型海洋与水声集成的声场预报模型 专家系统海 洋 环 境 信 息 获 取 研 究Alexander BelmAlexander BelmnThe first working sonar system was designed and built in the United Sta

4、tes by Canadian Reginald FessendenReginald Fessenden in 19141914.The Fessenden sonar was an electromagnetic moving-coil oscillator that emitted a low-frequency noise and then switched to a receiver to listen for echoes.It was able to detect an iceberg underwater from 2 miles away,although with the l

5、ow frequency,it could not precisely resolve its direction.nPowerful high frequency ultrasonicultrasonic echo-sounding device was developed by emminent French physicist Paul LangvinPaul Langvin and Russian scientist Constantin Constantin ChilowskyChilowsky.They called their device the hydrophonehydro

6、phone.The transducertransducer of the hydrophone consisted of a mosaic of thin quartz crystals glued between two steel plates with a resonant frequency of 150 KHz.Between 1915 and 1918 the hydrophone was further improved in classified research activities and was deployed extensively in the surveilla

7、nce of German U-boats and submarines.The first known sinking of a submarine detected by hydrophone occurred in the Atlantic during World War I in April,1916.n二战期间，潜艇共击沉作战舰艇二战期间，潜艇共击沉作战舰艇381381艘，其中战列舰艘，其中战列舰 艘，航艘，航空母舰空母舰艘，巡洋舰艘，巡洋舰艘，驱逐舰艘，驱逐舰艘，还有其它作战舰艘，还有其它作战舰艇艇艘，击沉各种运输船艘，击沉各种运输船余艘。余艘。n二战中各种舰艇共击沉航空母舰二战

8、中各种舰艇共击沉航空母舰艘，仅潜艇就击沉艘，仅潜艇就击沉艘。艘。n被潜艇击沉的潜艇被潜艇击沉的潜艇艘。艘。n在第二次世界大战中，德国在第二次世界大战中，德国“”号潜艇于号潜艇于19391939年年1010月月潜潜入英国位于苏格兰北部的海军基地，在港内击沉了英国的排入英国位于苏格兰北部的海军基地，在港内击沉了英国的排水量达水量达多吨的大型战列舰多吨的大型战列舰“皇家橡树皇家橡树”号，创造了军号，创造了军事史上的奇迹。事史上的奇迹。n在双方被击沉的潜艇中，有在双方被击沉的潜艇中，有60%60%是由水声设备发现的。是由水声设备发现的。郎之万振子，夹心石英预应力换能器 磁致伸缩换能器 电子管振荡器和放

9、大器 压电陶瓷 透声橡胶 水声物理研究，传播，噪声，混响的基本理论 传感器技术 拖曳线列阵技术 水声信号处理技术 水声物理学研究 减振降噪与隐身技术 潜艇、鱼雷、水雷、蛙人等 潜艇战与反潜战 鱼雷攻击与防护 水雷战与反水雷 先敌发现（隐身和探测能力）精确定位（定敌我位置）隐蔽导航与通信水声学水声物理水声工程水声系统水声技术 海水（声学特性）海底与海面（声学特性）水声换能器水声换能器 水声基阵水声基阵英国国家物理实验室英国国家物理实验室湖上试验场及其安装设备和测量系统湖上试验场及其安装设备和测量系统n水雷引信n声制导鱼雷n探雷声纳n小目标定位声纳n通信声纳n航空吊放声纳（浮标声纳）n拖曳声纳n拖

10、曳线列阵声纳n水声导航声纳消声瓦使高频回波消声瓦使高频回波显著降低，潜艇辐显著降低，潜艇辐射噪声也主要集中射噪声也主要集中于低频线谱。于低频线谱。美国是世界上潜艇技术领先、数量最多的国家，共拥有潜艇7070余艘，全部为核动力潜艇，其中，战略导弹核潜艇近2020艘、攻击型核潜艇5050余艘。美国最新核动力攻击潜艇美国最新核动力攻击潜艇-海狼号海狼号美国俄亥俄级核动力导弹潜艇美国俄亥俄级核动力导弹潜艇俄罗斯俄罗斯D D级弹道导弹核潜艇级弹道导弹核潜艇英国最新战略核潜艇英国最新战略核潜艇-警戒号警戒号法国海基核力量中坚法国海基核力量中坚-凯旋号核潜艇凯旋号核潜艇中国中国 092092型型“夏夏”级弹

11、道导弹核潜艇级弹道导弹核潜艇 鱼雷多种多样 制导方式 投放方式 爆炸方式 超高速 水雷多种多样 引爆引信 布放方式 主动攻击鱼雷 水鱼雷 单波束测深仪 多波束测深仪 旁视声纳 侧扫声纳 综合孔径测深仪 多普勒测速仪（海流计）相关测速仪（海流计）信标 应答器观察点观察点A观察点观察点B声源运动方向声源运动方向多普勒效应多普勒效应 由声纳方程入手，将所有与声纳系统有关的物理参数联系到一起，了解声纳系统设计、性能预测所需要的基本参数，建立基本的物理概念，明确水声学的主要研究内容与声纳系统的关系。与换能器和信号处理有关的内容由于有单独设立的课程，这里不再详细讨论。因此，由声纳方程引出有关的水声物理问题，这些都是声纳系统设计必须认真考虑的因素，也是水声学主要的研究内容。-海洋环境的声学特性是海洋监测技术的基础。海洋环境包括水体、海面和海底，有平均特性，也有不均匀性，他们的声学特性对水声设备的研制与使用都是至关重要的。