水声学-海洋的声学特性

令： 1n2 M1iM2
V V*02iM m 1M 1iM i2M 22
可编辑ppt
19
一、海底声学特性
海底反射损失简化模型——三参数模型 Q的计算具体过程
QReV V/2V* 0M 212m M M 222
教材上：
Q 2 m 2M M 1 2 M 2 2
：三参数模型可用于分析海洋中声场的平均结构
海底声波反射系数与海底地形有明显的依赖关系。高于几 千赫频率的声波，海底粗糙度是 影响声波反射的主要作用
反向散射强度(朝声源方向的声散射) 定义：单位界面上单位立体角中 所散射出去的功率与入射波强度 之比。
可编辑ppt
5
一、海底声学特性
深海平原海底反向散射强度与入射角的关系
在小入射角时，散射 强度随入射角增大而减小， 与频率一般无关
为什么人们关心海底反向散射强度？ 传统的声纳为收发合置声纳 传统声纳的工作频率较高 海底的声散射形成海底混响
一维、二维界面的声散射强度 双基地声纳 多基地声纳 低频声散射强度
可编辑ppt
8
一、海底声学特性
海底声散射 原因： 海底表面的不平整性 海底内部的不均匀性 建模： 微扰法 小斜率近似
： arccons
nc1/c2
V0： Q：
V0
mn mn
m2/1
QlnV0
可编辑ppt
17
一、海底声学特性
海底反射损失简化模型——三参数模型 Q的计算具体过程
lnV12lnVV*
1V/V*VV*/ ReV/V*
2
V2
V2
：实际海底存在吸收，可将海底声速视为复数， 此时不再发生全内反射。
可编辑ppt
18
一、海底声学特性
海底反射损失简化模型——三参数模型 Q的计算具体过程
取： Vmcosi i sin2i n2 mcosi i sin2i n2
V 2 ic m o m c ss2 2 i o n in s 2 c s 2 o 2 i n s /n 22 c2 o n s 2
可编辑ppt
23
三、海洋内部的不均匀性
湍流
描述：流体流经固体表面或是流体内部出现的一种不 规则运动。它是一种随机运动的旋转流。
它形成海水中温度和盐度的细微结构变化，引起声速 的微结构变化。
内波
描述：两种不同密度液体在其叠合界面上所产生的波 动。
波长可达几十公里到几百公里，波高从10米到100米。 对低频、远距离的声传播信号有重大影响。
波浪的统计特征 波浪的概率密度分布： ：在水声学中经常将波面的概率分布视为高斯分布 充分成长的海浪谱 Pierson-Moskowitz谱（P-M谱）
可编辑ppt
22
二、海面的声学特性
海面表面层内的气泡层 声波的吸收体 声波的散射体
海面对声传Leabharlann Baidu的影响简介 镜反射 漫散射：形成散射场。随着海面粗糙度增加，漫散射 场占主要分量。 反向声散射：形成海面混响 海面波动：导致海面散射波产生多普勒频移
当 时，反射损失值较小，随 增大而增加
当 时，反射损失较大，与 无明显依赖关系
可编辑ppt
15
一、海底声学特性
海底反射损失简化模型——三参数模型
Q
,0
lnV
lnV0
con,st
2
可编辑ppt
16
一、海底声学特性
海底反射损失简化模型——三参数模型 三参数： 、 lnV0 、Q 参数计算
海底反射系数模和反射损失BL值随掠射角的变化 高声速海底
：a曲线有一段是直线，表示什么物理含义？
可编辑ppt
13
一、海底声学特性
海底反射系数模和反射损失BL值随掠射角的变化 低声速海底
可编辑ppt
14
一、海底声学特性
深海实测的海底反射损失
特征： 存在一个“分界掠射角” ——海底反射损失的一 个特征参数
可编辑ppt
20
二、海面的声学特性
海面波浪 周期性——周期、波长、波速和波高等量描述其特征； 随机起伏性——概率密度分布、方差、谱和相关函数等 描述其特征。
可编辑ppt
21
二、海面的声学特性
波浪的基本特征 重力表面波：以重力作为恢复力的波动 表面张力波：以表面张力作为恢复力的波动 波浪的形成和等级 平均波高、有效波高、平均1/10最大波高
入射角>5度时，散射 强度10lgms近似与 cos2 成正比
大入射角时，散射强度可能与频率的四次方成正比
可编辑ppt
6
一、海底声学特性
非常粗糙海底反向散射强度与入射角的关系 反向散射强度几乎与入射角无关 反向散射强度几乎与频率无关
：为什么人们关心海底反向散射强度？
可编辑ppt
7
一、海底声学特性
可编辑ppt
9
一、海底声学特性
人们关心的海底参数 声速（反演） 密度（反演） 衰减系数（反演） 底质（取样） 垂直分层结构（取样）
：如何获取海底的声学参数？ 如何快速准确获取？
可编辑ppt
10
一、海底声学特性
多波束侧扫声纳探测海底底质
可编辑ppt
11
一、海底声学特性
海底沉积层的声学特性
第三章 海洋的声学特性
第六讲 海面和海底的声学特性
本讲主要内容
本章知识点测试 海底的声学特性 海面的声学特性 海洋内部的不均匀性
可编辑ppt
2
0、第三章知识点测试
画出三种常见的海水声速分布，解释其形成的原因。
深海声道声速分布
摇号
表面声道声速分布 浅海负梯度声速分布
平台
声波在海水中传播时其声强会逐渐减少的原因有哪些？
几何扩展、吸收、散射
海水声吸收的原因是什么？
切变粘滞声吸收、热传导声吸收、驰豫吸收
含气泡群的海水声吸收的原因是什么？
切变粘滞声吸收、热传导声吸收、散射
可编辑ppt
3
一、海底声学特性
海底结构、地形和沉积层是影响声波传播的重要因素
可编辑ppt
4
一、海底声学特性
海底对声波的吸收、散射和反射等声学特性关系到水声设 备作用距离的远近
描述：覆盖海底之上的一层非凝固态（处于液态和固态 之间）的物质。
声速：沉积层中有压缩波速度（声速）和切变波速度两
种。 衰减系数（dB/m）
w1.02g4/cm 3
Kf m
s
海底声反射损失
定义：反射声振幅相对入射声振幅减小的分贝数
BL20lgpr 20lgV pi
可编辑ppt
12
一、海底声学特性