水声学-声波在目标上的反射和散射
声波在目标上的反射和散射matlab
声波在目标上的反射和散射matlab声波是一种机械波，它的传播需要介质的存在。
当声波遇到目标物体时，会发生反射和散射现象。
本文将从理论和实验两个方面，介绍声波在目标上的反射和散射的特点及其在MATLAB中的模拟。
声波的反射是指声波遇到目标物体后，一部分能量被目标物体反射回来。
反射的特点与目标物体的形状、大小、材质以及声波的频率和入射角度等因素有关。
对于光滑的目标物体，声波的反射角等于入射角；而对于粗糙的目标物体，声波的反射角会发生散射现象，即反射角的分布范围更大。
此外，对于不同频率的声波，其在目标上的反射特性也会不同。
通过在MATLAB中建立相应的模型，可以对不同目标和声波参数下的反射特性进行仿真分析。
声波的散射是指声波遇到目标物体后，被目标物体吸收、传播和散射出去。
与反射相比，散射更加复杂，涉及到目标物体的形状、大小、材质以及声波的频率和入射角度等因素。
散射的特点是声波在目标周围形成一定的辐射场，使得声波在目标附近的传播方向发生改变。
通过在MATLAB中建立适当的散射模型，可以模拟不同目标和声波参数下的散射现象，进而对声波在复杂环境中的传播进行分析。
在MATLAB中，可以利用声波的传播方程和适当的边界条件，建立声波在目标上的反射和散射模型。
通过求解声波传播方程，可以得到声波在目标上的反射和散射的振幅、相位以及能量分布等信息。
同时，还可以利用MATLAB提供的画图函数，将模拟结果以图形的形式展示出来，更直观地观察声波在目标上的反射和散射现象。
除了理论模拟，实验也是研究声波在目标上的反射和散射的重要手段。
通过在实验室中搭建合适的实验装置，可以模拟声波在目标上的反射和散射过程。
实验中可以使用声波发生器产生特定频率和幅度的声波，然后通过适当的探测器或传感器来测量声波在目标上的反射和散射情况。
利用MATLAB进行数据处理和分析，可以得到实验结果的定量描述，并与理论模拟结果进行对比，验证理论模型的准确性和可靠性。
水声学-声波在目标上的反射和散射1-文档资料
c1 , 1
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5
一、壳体目标上的回波信号
稳态回波信号 形态函数随壳厚的变化 内侧为真空时钢球壳回声信号的形态函数：
a b
c1 , 1
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1 s r2 4
e ikr2 s e ikr2 s dS r n n r2 S 2
边界条件：
i s 0 n S n
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6
一、壳体目标上的回波信号
稳态回波信号 形态函数随壳内填充物的变化 内侧为真空时钢球壳回声信号的形态函数：
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7
一、壳体目标上的回波信号
稳态回波信号 壳体目标散射声场的空间指向性特性 内侧为真空时钢球壳散射声场的空间指向性：
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二、 Helmholtz积分方法
费涅尔半波带近似法 考虑收发合置情况，声源位于B点，设物体表面距B点 最近的点为C，距离为 r0 。以B点为球心，以 r0 为半径作 圆，它与物体相切于点C，然后半径每次增加1/4波长，将 物体表面分割成许多环带，称为费涅尔半波带。相邻半波 带的散射波在B点的声程差为 2 ，相位相差 。
第5章 声波在目标上的反射和散射1
5.7 弹性物体散射声场及其特性
• 弹性球体的声散射
考虑点声源置于S处，它距球心的距离为r0，空 间任意点P处入射声场为：
ppi ps
pi
P0
1eikDt D
将球坐标系原点置于球心处，则：
e D ik D 2 r0 ir 12n 02 n 1 Jn 1 2kH rn 1 1 2k0r P ncos
考虑收发合置情况下的回波：
r r0
p sk0P 2 n 1sin n h n 1 2k0r e ine it n 0
5.7 弹性物体散射声场及其特性
• 弹性球体的声散射
远场条件下回波表达式为：
hn1 k0r
k0r
1 eik0r k0r
运动船体与其尾流产生的两种回波干涉引起的调制 效应。
5.6 刚性球体散射声场
•上节讲述通过实验测量声纳目标的目标强度值； •本节讲述通过理论计算目标强度值及其物理特性。 •常见声纳目标几何形状基本接近于球形或柱形，将 其视为球体或圆柱体，简化数学运算，结果也适用 于实际声纳目标。 •刚性不动球体物理含义： •刚性：在入射声波作用下球体不发生变形，声波透 不到球体内部，激不起球内部运动； •不动：球体不参与周围流体介质质点的运动。
对于刚性球体有：
urra i 0
pi ps 0 r ra
为了确定待定系数 a m ，需要将入射波展开：
eikcro s 2m 1imjmkrP mco s m 0
5.6 刚性球体散射声场
根据边界条件，可确定待定系数 a m ：
am im 2m 1P 0jm rkrhm 1rkr ra
平面波以掠射角入射到长 为L的目标上，在收发合置条 件下，回波脉冲将比入射脉
水声学第六章 声波在目标上的反射和散射
常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度 随脉冲宽度的变化 1）随着脉冲长度的增加，对回声有贡献的物体表面 积相应增大； 2）脉冲长度由短逐渐变长时，目标强度值也由小逐 渐变大，直到脉冲长度变为 0 2 L sin θ c 后，目标 强度值就不再随脉冲长度的变化而变化。 提示：TS随脉冲宽度的变化关系决定了TS测量时的 最小脉冲宽度；但在正横方向上目标强度随脉冲 长度变化的现象不明显。因为这时目标在入射波 方向上的长度很小，并且几何镜反射是形成回声 的主要过程；当测量目标上的单个亮点处的目标 强度时，该效应也不显著（脉宽减小效应）。ຫໍສະໝຸດ 222019/1/22
常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度 随频率的变化 二战期间，人们曾用12、24和60千赫的频率 进行潜艇目标强度的测量，试图确定潜艇目标强 度的频率响应，但测量结果表明：潜艇目标强度 不存在明显的频率效应，如果有的话，也被实测 值的不确定性（离散性）所掩盖。 提示：潜艇目标的结构和几何形状十分复杂，产 生回声的机理是多种多样的。 随深度的变化 深度对目标强度值的影响不是影响了潜艇本 身，而是深度变化引起声传播规律的变化。 提示：深度对潜艇尾流回声有影响。
1）正横方位或头部目标强度值较大——强镜反射
2）尾部和雷体上小的不规则部分目标强度值较小。
2019/1/22
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
鱼雷和水雷目标强度
正横方位上圆柱形物体的目标强度：
aL2 T S 10 lg 2λ
式中，a为圆柱半径，L为圆柱长， λ 是声波波长 举例：若 a 0.2 m ， L 1.5 m ，λ 0.03 m，可得目标 强度值 TS 9 dB 。该值与水雷正横方向上的测量值 基本相符。 提示：鱼雷和水雷的目标强度也随方位、频率、脉 冲宽度和测量距离变化，大体与潜艇的相类似。
《水声学》课程教学大纲
《水声学》课程教学大纲一、课程基本信息课程编号：0905105课程中文名称：水声学课程英文名称：Underwater acoustics课程性质：专业主干课考核方式：考试开课专业：电子信息工程（水声）开课学期：5总学时：32 （其中理论32学时，实验0学时，上机0学时，其它0学时）总学分：2二、课程目的通过讲述声纳方程、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、声纳设备正确使用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呐设备的影响，具有解决简单的水声工程实际问题的能力。
三、教学基本要求（含素质教育与创新能力培养的要求）1、掌握主、被动声纳方程，声纳参数物理意义，回声级、噪声级和混响级与距离的关系；了解水声学发展简史和应用。
2、掌握海洋中声速、声速结构、声吸收和扩展规律；了解海底和海面有关基本理论。
3、掌握射线声学的基本方程和应用条件，声强度和聚焦因子等概念；会绘制在不同类型声速分布下的声线轨迹，并能够计算声线传播距离和传播时间。
4、熟悉声波在表面声道、深海声道和浅海声道传播的基本规律；掌握反转深度、跨度、焦散线（面）和会聚区等基本概念；了解声传播的传播损失；运用声传播理论解释简单的声传播现象。
5、掌握目标强度概念和声纳目标强度特点，回声信号的组成和特征；了解目标强度测量方法，刚性物体和弹性物体的回声信号的特点。
6、掌握散射强度、等效平面波的混响级概念，体积混响理论和界面混响理论；了解混响的统计特性；混响预报和计算。
7、掌握深海环境噪声源、噪声谱、噪声指向性，舰艇辐射噪声和自噪声的源和特征；了解舰艇辐射噪声和自噪声的测量方法；学会计算舰艇辐射噪声级和自噪声级。
8、掌握噪声和混响背景下的信号检测方法及声纳方程的应用。
四、教学内容与学时分配第一章绪论（4学时）水声学发展简史及应用；声纳及声纳工作方式；声呐参数及其物理意义（重点）；主动声呐方程和被动声呐方程；声呐方程的应用及其限制。
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度 潜艇的目标强度与方位、频率、脉冲宽度、深度 和测量距离等因素有关。 测试艇：柴油动力潜艇 时间：二战前后。 正横方向：12～40dB， 平均值25dB
第六章 声波在目标上的反 射和散射
第五章知识要点
邻近海面的水下点源声场
声压振幅随距离的变化特征（近场/远场） 传播损失
表面声道
表面声道特征 反转深度、临界声线、跨度的概念 传播损失（近距离/远距离）
深海声道
深海声道特征
College of Underwater Acoustic Engineering
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目标强度
刚性大球的目标强度 大球：ka>>1，k为波数 刚性：声能不会透入球体内部 反射声线：局部平面镜反射定律 理想反射体：声能无损失地被球面所反射
θ i 到 θidθi 范围内的入射声功率：
2
声影区的概念 传播损失（近距离/远距离）
深海负梯度
声线的特点与极限声线 几何作用距离的概念
深海负跃层
概念 对声传播的影响
均匀浅海声场
传播损失与距离的关系（近/中等/远距离） 虚源表示的基本思想
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dW i Iidscθoi s d s2π2a siθn idθi
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水声学-声波在目标上的反射和散射(2)ppt课件
个水听器作绝对校正。 实验室丈量 丈量方法：比较法和直接法。 本卷须知 声源与目的之间的间隔和目的与水听器之间的间隔应满足
远场条件-两个远场
一、目的强度的实验丈量
实验室丈量
本卷须知
一、目的强度的实验丈量
直接法 丈量原理图
A
B
A为收发合置换能器〔为讨论方便而假定〕，它是指向性 声源，声轴指向待测目的；
B为被测目的；间隔r应满足远场条件。
一、目的强度的实验丈量
直接法 目的强度的计算 水听器处的回声级：EL=SL-2TL+TS
回声级的定义：
EL10lg Ir I0
三、目的回波
目的回波概述 声波在传播途中遇到妨碍物时产生的散射声波中，前
往声源方向的那部分声波。它是散射波的一部分，是入射 波与目的相互作用产生的，它携带目的的某些特征信息。
大目的：目的前方次级声波——反射波；目的后方的次级 声波——绕射波。
小目的：向空间各方向辐射的次级声波——散射波。 与声波波长相当目的：反射、绕射、散射过程均起作用。
五、本讲作业
丈量柱形目的的TS值时，发现TS值随丈量间隔而变，阐明 这种变化关系及其缘由。
普通，在实验室水池中丈量水下目的的目的强度的方法有 哪些？实验过程中应留意哪些事项？
写出目的回声信号级表达式；目的回声信号是如何产生的， 它有哪些特征，并简述其产生的缘由？
THE END
丈量原理
根据目的强度的定义：
T S 10lg Ir Ii r1
计算入射声强度和回声强度
比较法
丈量原理
利用知目的强度的参考目的，在一样的丈量
水声学-声波在目标上的反射和散射
水声学
第5章 声波在目标上的反射和散射
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5.2 常见声呐目标TS值的一般特征
（5）随航行深度的变化
♀深度对潜艇尾流回声有影响，对其结构的目标强度 值原则上没有影响。
♀深度对测试结果的影响表现对声传播特性的影响， 并没有影响到产生回声的机理。
水声学
第5章 声波在目标上的反射和散射
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5.2 常见声呐目标TS值的一般特征
1、现场测量
（2）直接法 测量原理 ①A为收发合置换能器（为讨论方便而假定），它是指向性声源， 声轴指向待测目标；B为被测目标；距离r应满足远场条件。
水声学
第5章 声波在目标上的反射和散射
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5.3 目标强度实验测量和常见目标TS值
1、现场测量
（2）直接法 测量原理 ②水听器（声源）处回声级：
EL=SL-2TL+TS ③待测目标强度值：
为了要得到稳定可靠的测量结果，应在远场进行测量， 即测量距离 r L2 λ 。
水声学
第5章 声波在目标上的反射和散射
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5.2 常见声呐目标TS值的一般特征
（3）随脉冲长度的变化 设入射波脉冲长度为 ，若物体表面上A点和B点所产生回
声在脉冲宽度 内被同时接收到，则有：
BD c 2
AB sin c 2
♀随着脉冲长度的增加，对回声有贡献物 体表面积相应增大； ♀脉冲长度由短逐渐变长时，目标强度值也由小逐渐变大，直
到脉冲长度变为 0 2 L sinθ c 后，目标强度值就不再随脉冲 长度而变化。
水声学
第5章 声波在目标上的反射和散射
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5.2 常见声呐目标TS值的一般特征
（3）随脉冲长度的变化 ♀目标强度随脉冲宽度的变化实质还是对回声有贡献 的目标表面积大小不同引起的。
《水声学》课程配套习题参考答案 (1)
《水声学》部分习题参考答案绪论1略2略3略4略5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？解：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，r R<r n，所以混响是主要干扰。
声信号级掩蔽级噪声掩蔽级离rR n6工作中的主动声呐会受到哪些干扰？若工作频率为1000Hz，且探测沉底目标，则该声呐将会受到哪些干扰源的干扰。
解：工作中的主动声呐受到的干扰是：海洋环境噪声、海洋混响和自噪声，若工作频率为1000Hz，干扰来自：风成噪声、海底混响、螺旋桨引起的自噪声及水动力噪声。
7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。
（海水吸收不计，声呐工作于开阔水域）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RR 412。
第一章 声学基础1 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。
2 略3 略第二章 海洋声学特性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。
解：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。
zC声道CzCz2 略3 略4 略5 略6 声波在海水中传播时其声强会逐渐减少。
（1）说明原因；（2）解释什么叫物理衰减？什么叫几何衰减？（3）写出海洋中声传播损失的常用TL 表达式，并指明哪项反映的主要是几何衰减，哪项反映的主要是物理衰减；（4）试给出三种不同海洋环境下的几何衰减的TL 表达式。
水声学-声波在目标上的反射和散射(2)
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一、目标强度的实验测量
实验室测量 注意事项 合理选择发射信号脉冲宽度——脉宽 1）选取依据：测试环境满足自由场条件（不能过宽）； 2）测量结果要达到稳态（不能过窄）。
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二、常见声纳目标的目标强度
提示：一般，声纳目标的目标强度值是根据实验测量得到 的，结果具有较大的离散性，下表是从统计的意义上给出 的规律性结果。
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一、目标强度的实验测量
应答器法 目标强度的计算 待测目标强度值：TS=B-A 优点：不需要确定传播损失；不需要对声源、应答器和 两个水听器作绝对校正。
实验室测量 测量方法：比较法和直接法。 注意事项 声源与目标之间的距离和目标与水听器之间的距离 应满足远场条件-两个远场
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三、目标回波
回波信号的形成 回音廊式回声（环绕波） 声波入射到A点除产生镜反射波外，还有折射波透射 到目标内部。折射波在目标内部传播，在B、C、… 上同样产生反射和折射，到达G点时，折射波恰好在 返回声源的方向上，它是回波的一部分。
目标散射声场指向性测量动画演示 本讲作业
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3
一、目标强度的实验测量
测量原理 目标强度测量示意图如下图所示：
AB Ir
Ii 目标
A是指向性声源，向待测目标辐射声波，发射声信号的 脉冲宽度根据测量条件合理选择。
B是水听器，接收来自目标的回波。
测量应满足远场条件：待测目标应位于声源辐射声场的 远场区；水听器应位于目标散射声场的远场区。
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4
一、目标强度的实验测量
测量原理 根据目标强度的定义：
TS 10lg Ir Ii r1
第5章 声波在目标上的反射和散射2
♀从理论上（雷达技术）可以推得一些简单几 何形状物体目标强度值的理论计算公式；
♀掌握球体、柱体和椭球体目标强度公式；
♀声呐目标不满足刚性、不动理想条件，表中 所列公式仅是近似值。
作业
1、什么是目标强度？请写出刚性球体 （ka>>1）目标强度的表达式。
2、潜艇目标散射强度随方位变化有哪些 特点？请分析影响潜艇的目标强度值 的因素有哪些？ 3、测量柱形目标的TS值时，发现TS值随 测量距离而变，说明这种变化关系及 其原因。 4、在高频远场条件下，简单地用能量守 恒关系推出半径为a的刚性球目标强 度TS值表达式。
5.3 目标强度的实验测量
目标强度计算
♀水听器处的回声级EL： EL=SL-2TL+TS ♀回声级定义：
EL = 10lg
I0为参考声强
Ir I0
♀待测目标强度值TS： TS=EL+2TL-SL
5.3 目标强度的实验测量
优缺点
♀ 优点： 操作比较简单，不需特殊的仪器设备。
♀ 缺点：
需要精确地知道或测量传播损失值。
潜艇目标强度
随频率的变化
二次大战期间，曾用12、24和60千赫的频率进行 潜艇目标强度的测量，试图确定潜艇目标强度的频率 响应，但测量结果表明：潜艇目标强度不存在明显的 频率效应，如果有的话，也被实测值的不确定性（离 散性）所掩盖。
潜艇目标的结构和 几何形状十分复杂，产 生回声的机理是多种多 样的。
♀ 实验条件：声波频率30kHz，声束由上向下垂直照射 到鱼脊背上，鱼处于正常游动状态。
5.2 常见声呐目标目标强度特征
鱼目标强度（自学）
单个鱼体的研究
5.2.7球体的声散射 - 声波在目标上的反射与散射仿真程序说明文档
En 2(n2 n)[ jn (x2 )x2 jn' (x2 )] / [(n2 n 2) jn (x2 ) x22 jn" (x2 )]
Fn
s
x22 2
An Bn Dn En
n 满足：
tann (x) [ jn (x) Fn xjn' (x)] / [ yn (x) Fn xyn' (x)]
-4000
-3000
-2000
800Hz下 弹 性 球 回 波 信 号 频 谱 图
-1000
0 频率
1000
2000
3000
4000
5000
图 8 铝球回波信号频谱
150 180
弹性球散射声场指向性
90 1
120
60
0.8
0.6
0.4
0.2
30
150
0 180
弹性球散射声场指向性
90 1
120
60
0.8
3.8
4
时 间 (s)
图3 刚性球回波波形
幅值
800Hz下 刚 性 球 回 波 信 号 频 谱 图 0.12
0.1
0.08
0.06
0.04
0.02
0 -5000
-4000
-3000
-2000
-1000
0 频率
1000
2000
3000
4000
5000
图4 刚性球回波信号的频谱
150 180
刚性球散射声场指向性
1.2 数值仿真
1.2.1 刚性球散射声场
算例仿真参数：半径 2m 介质声速 1500 m/s；收发合置换能器距离球 2000 m， 发射信号为 CW 脉冲，频率为 800 Hz，脉冲宽度 25 ms。运行结果：
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。
1 r
2）在远场（距离大于 ），回声强度随距离的衰
减服从球面波规律，r即0
。
1 r2
3）若分别在近场和远场进行测量，然后按照球面
波规律归算到距目标声中心1m处，则结果必然
是远距离测量值大于近距离测量值。
提示：为了要得到稳定的测量结果，测量应在
远场进行，即测量距离
。
r L2 λ
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度
随方位的变化
潜艇目标强度与方位角关系曲线呈“蝴蝶形”图形。
潜艇目标 强度随方 位的变化
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度
随方位的变化 1）在艇的舷侧正横方向上，目标强度值最大，达
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目标强度
目标强度概念
水下目标 1）军事目标：潜艇、鱼雷、水雷 2）民用目标：鱼群 3）无限伸展非均匀体：深水散射层、海面、海底
等 研究声纳目标回波特性的意义 A）主动声纳目标检测和识别的依据 B）对声纳设备的设计和应用有重要意义
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
鱼雷和水雷目标强度
正横方位上圆柱形物体的目标强度：
TS 10 lg aL2
式中，a为圆柱半径，L为2 λ圆柱长， 是声波波长
举例：若
，
，
，可得目标强度值
与水雷正横方向上的测量值基本相符。
鱼目标强度
单个鱼体的研究 3）测量结果：鱼体长与目标 强度的关系如右图。图中直 线为TS值与10lgV之间的关系， V是鱼的体积。 鱼群的研究
视鱼群为一个整体，如果鱼群由N条相距较 大的鱼所组成，则鱼群总目标强度为TS+10lgN， 其中TS是单个鱼体目标强度值。
College of Underwater Acoustic Engine雷和水a 雷 的0.目2m标强度也L 随 方1.位5m、频率λ、脉0冲.0宽3度m和测量距离变化， 大体与潜艇T的S相类9 似dB。
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
鱼目标强度
鱼是探鱼声纳的目标 单个鱼体的研究
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度
潜艇的目标强度与方位、频率、脉冲宽度、深度 和测量距离等因素有关。
测试艇：柴油动力潜艇 时间：二战前后。 正横方向：12～40dB，
平均值25dB
18艘潜艇正横方 向目标强度直方图
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提示：尤立克《水声原理》应用能量守恒进行推导
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度 问题：潜艇不同方位的目标强度是否一样？
艇 首
正横方向
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度
随脉冲宽度的变化
t B
t2
A
t
设入射波脉冲长度为 ，若t1 物体表面上A点和B点
所产生的回声在脉冲宽度 内被同时接收到，则有：
BD c 2
AB sin c 2
2Lsin / c
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度
随测量距离的变化 以长为L的柱体
目标强度测量为例： 近距离处： 远距离处：I A / r1 过渡距离：I B / r22 解得： A / r0 B / r02
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
鱼雷和水雷目标强度
形状：带平头或圆头的圆柱体 尺度：长度1米至数米，直径0.3米至1米 两者不同：鱼雷尾部安装有推进器；水雷雷体上
安装有翼及凹凸不平处。 目标强度的特点 1）正横方位或头部目标强度值较大——强镜反射 2）尾部和雷体上小的不规则部分目标强度值较小。
B Ar0 TS1 10 lg Ar1 / Ii
TS2 10 lg Ar0 / Ii
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度
随测量距离的变化
1）在近场（距离小于 ），回声强度随距离的衰
减服从柱面波规律，r即0
英国Cushing（1963年）等人的研究结果: 1）测量对象：鲟鱼、比目鱼、鲈鱼、青鱼等死鱼，
安装薄膜塑料人工鱼鳔。 2）实验条件：声波频率30kHz，声束由上向下垂直
照射到鱼脊背上，鱼处于正常游动状态。
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
深度对目标强度值的影响不是影响了潜艇本 身，而是深度变化引起声传播规律的变化。 提示：深度对潜艇尾流回声有影响。
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常见声纳目标的目标强度的一般特征 鱼雷和水雷目标强度
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目标强度
目标强度概念
目标的声中心：假想的点，可位于目标的内部或 外部，回声由该点发出。
收发分置（bistatic）：回声强度是入射方向和 回声方向的函数。
收发合置（monostatic）：回声强度仅是入射方 向的函数，即为反向反射或反向散射。
提示：多数声纳为收发合置型的，本章主要讨论反向反射情况下的目标回声 问题。 问题：水下目标的目标强度是大于零还是小于零？为什么？
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目标强度
刚性大球的目标强度
大球：ka>>1，k为波数 刚性：声能不会透入球体内部 反射声线：局部平面镜反射定律 理想反射体：声能无损失地被球面所反射
到
范围内的入射声功率：
θ i θi dθi
dWi Iidscosθi
潜艇的目标强度
随频率的变化 二战期间，人们曾用12、24和60千赫的频率
进行潜艇目标强度的测量，试图确定潜艇目标强 度的频率响应，但测量结果表明：潜艇目标强度 不存在明显的频率效应，如果有的话，也被实测 值的不确定性（离散性）所掩盖。 提示：潜艇目标的结构和几何形状十分复杂，产 生回声的机理是多种多样的。 随深度的变化
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常见声纳目标的目标强度的一般特征
潜艇的目标强度
随脉冲宽度的变化
1）随着脉冲长度的增加，对回声有贡献的物体表
面积相应增大；
2）脉冲长度由短逐渐变长时，目标强度值也由小
逐渐变大，直到脉冲长度变为
后，目
标强度值就不再随脉冲长度的0 变2L化sin而θ变c 化。 提示：TS随脉冲宽度的变化关系决定了TS测量时的
第六章 声波在目标上的反 射和散射
第五章知识要点
邻近海面的水下点源声场 声压振幅随距离的变化特征（近场/远场） 传播损失
表面声道 表面声道特征 反转深度、临界声线、跨度的概念 传播损失（近距离/远距离）
深海声道 深海声道特征
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本章主要内容
目标强度（重点） 目标强度概念 刚性大球的目标强度
常见声纳目标的目标强度的一般特征（重点） 潜艇的目标强度 鱼雷和水雷的目标强度 鱼的目标强度
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本章主要内容
目标强度的实验测量（重点） 比较法测量目标强度 直接法测量目标强度 应答器法 实验室测量
常见声纳目标的目标强度（了解） 简单几何形状物体的目标强度（了解）
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本章主要内容
目标回波（重点） 回波信号的形成 回波信号的一般特征
刚性球体的散射声场（了解） 刚性不动球体的声散射 刚性不动微小球粒子对平面波的散射
声波在弹性物体上的散射（了解） 平面声波在弹性球体上的散射 弹性物体散射声场的一般特征
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6
本章主要内容
壳体目标上的回波信号（了解） 稳态回波信号 短脉冲入射时的回声信号
用赫姆霍茨积分方法求解散射声场（了解） 赫姆霍兹积分解 菲涅尔半波带近似法
ds 2 πa2sinθidθi
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目标强度 刚性大球的目标强度
从到 入射θ的i 声波θi 被dθ限i 制
在 到 的范 围内θ。1 θ2