(完整版)水声学原理(第一章)
水声学原理：第1章 与声学相关的海洋特性
1.1 声学介质—海洋
• 声速剖面
– 表面声信道 • 表面声道可以看作声道轴上移到水面，通常出现在 热带和温和区域（tropical and moderate zones）。
水声学原理
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1.1 声学介质—海洋
• 声速剖面
– 表面声信道 • 在南极和北极地区、热带海区的地中海、秋季和冬 季的浅海，声速持续增大并非常靠近海底。 • 北冰洋典型声速剖面如下图所示。表面层较薄、声 速最低，声速梯度大，为
水声学原理
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1.1 声学介质—海洋
• 声速剖面
– 深海声信道 • 黑海与波罗的海，有时声道轴之下声速的增加是由 于深层暖流所引起的温度随深度的升高。 • 如果声道轴以下介质的声速只受静压力控制，则该 声信道称为hydrostatical。 • 如果声道轴以下由于高盐度暖水团的出现导致声速 升高，则称该声信道为thermal。 • 典型的thermal水下声信道发生在波罗的海和黑海。
水声学原理
a (4 5) 10 5 m1
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1.1 声学介质—海洋
• 声速剖面
– 双轴声信道 • 表面声道和深海声道同时存在时出现这种声道。 • 声线1保持在表面声道中传播；声线2主要在深海声 道中传播；
水声学原理
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1.1 声学介质—海洋
• 声速剖面
– 双轴声信道 • 双轴声道可在葡萄牙半岛沿岸的北大西洋中观测到。 上面的声轴深度在450-500m，底下的声轴深度在 2000m。此声速分布的形成是由于地中海高盐暖水 团入侵至大西洋1200m深水层的缘故。
k~
c~
c
(1 ix)
kr
iki
水声学原理
x ki / kr
水声学原理第一章2
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海面混响
海面混响的理论处理 类似体积混响的理论处理，对混响有贡献的散射 声强：
I scat I 0SV
1 b( , )b( , )dV 4 r
提示：只有工作在近海面的声纳才可能受到海面混响 的严重干扰，因此可假设 R h ， r h ， cos 0 ， r H 在上述假设条件下，收发换能器垂直指向性不起 作用，只有水平指向性才起作用，这样散射面近似在 平面内，所以有：
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海面混响
海面混响的理论处理 海面混响等效平面波混响级 1）若散射层内 SV 是均匀的，则 SV 10 lg H 恰好 就是界面散射强度 S s ；则海面混响的等效平面 波混响级表达式： c RL SL Ss 40 lg r 10 lg r
tan 4 5 A 2 ( ) Ss 10 lg 2 32 g
60
提示：不涉及风速、声波频率，不符合海面散射 的实际物理过程。
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海面混响
关于海面散射的理论 用粗糙度、波长和角度描述
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海水中气泡的声学特性
单个气泡的散射截面、吸收截面和消声截面 以上两式表明：声波频率与散射功率、散射截面 有关； 当 f f 0 时，气泡处于共振状态，散射功率、 散射截面达到最大，分别为：
(Ws ) max
水声学
鱼雷和水雷
• 是目前水下作战的主要兵器
• 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 主动攻击水雷 水鱼雷
• 水下作战的主要手段
• 潜艇、鱼雷、水雷、蛙人等
• 水下战的主要内容
• 潜艇战与反潜战 • 鱼雷攻击与防护 • 水雷战与反水雷
?拥有常规潜艇数量最多的国家在我们亚洲朝鲜拥有60艘?二战期间潜艇共击沉作战舰艇381艘其中战列舰3艘航空母舰17艘巡洋舰32艘驱逐舰122艘还有其它作战舰艇207艘击沉各种运输船5000余艘?二战中各种舰艇共击沉航空母舰38艘仅潜艇就击沉17艘就击沉艘?被潜艇击沉的潜艇80艘?在第二次世界大战中德国u47号潜艇于1939年10月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水量达33000多吨的大型战列舰皇家橡树号创造了军事史上的奇迹?美国是世界上潜艇技术领先数量最多的国家共拥有潜艇70余艘全部为核部为核动力潜艇其中战略导弹核潜艇近20艘攻击型核潜艇50余艘美国美国最新核动力攻击潜艇海狼号俄罗斯?俄罗斯的弹道导弹核潜艇共发展了四代分别为台风级didiidiv级目前在役的有17艘台风级弹道导弹核潜艇是世界上排水量最大的核潜艇其水下排水量26500吨航水下航速26节可携带1620枚ssn23或ssn20型弹道核导弹每枚可携载10个分弹头射程可达900010000公里俄罗斯d级弹道导弹核潜艇英国个拥有核武器的国家英国的核力量全部为海基目前拥有战略导弹核潜导弹核潜艇4艘每艘可携带16枚三叉戟弹道核导弹每枚可携载14枚分弹头射程达12000公里?英国是世界上第三英国最新战略核潜艇警戒号法国?法国海军的战略导弹核潜艇有三代第一代无畏级第二代不屈级第三代胜利级
水声学原理ppt 第一章
n 1 jk cQ j t k r jk s di in p r , , t 0 0 e e 4 r i 0
e
jkdi sin
当 0 （垂直 OX轴方向）时，各点源同相叠加，合成声压最大：
jk cnQ t k r 0 0 j p r ,0 ,t e 4 r
sin i 当 d 时， 声压振幅出现极大值1， 对应极大值的方向： i arcsin
d
d i i 0 , 1 ,
2019/2/16 第一章 声学基础 9
2、等间距均匀点源离散直线阵的声辐射
其中，i 0 对应的方向为主极大值方向（主瓣）； i 1 对应的方向为第一副极大值方向（栅瓣）， 依此类推。 注意：不出现副极大值的条件 d 当 大值（旁瓣），对应次极大值的方向：
22 k a ka F c 2 2S j c 2 2S u r a 1 k a 1 k a
k r c k r i k r 0 Z c i c e Rj X 0 0 2 2 2 1 k r 1 k r 1 k r
第一章 声学基础
第二讲 主要内容
1. 均匀脉动球源的声辐射(了解) 2. 等间距均匀点源离散直线阵的声辐射 (重点) 3. 均匀连续直线阵的声辐射(了解)
4. 无限大障板上平面辐射器的声辐射 (了解) 5. 声波的接收方向特性(重点)
2019/2/16 第一章 声学基础 1
1、均匀脉动球源的声辐射
1 ka
j( exp a ka )
令
Q4 au a 0
2
1、均匀脉动球源的声辐射
海洋声学基础——水声学原理-吴立新
海洋声学基础——水声学原理绪论各种能量形式中，声传播性能最好。
在海水中，电磁波衰减极大，传播距离有限，无法满足海洋活动中的水下目标探测、通讯、导航等需要。
声传播性能最好，水声声道可以传播上千公里，使其在人类海洋活动中广泛应用，随海洋需求增大，应用会更广。
§0-1节水声学简史01490年，意大利达芬奇利用插入水中长管而听到航船声记载。
11827年，瑞士物理学家D.colladon法国数学家c.starm于日内瓦湖测声速为1435米每秒。
21840年焦耳发现磁致伸缩效应1880年居里发现压电效应31912年泰坦尼克号事件后，L.F.Richardson提出回声探测方案。
4第一次世界大战，郎之万等利用真空管放大，首次实现了回波探测，表示换能器和弱信号放大电子技术是水声学发展成为可能。
（200米外装甲板，1500米远潜艇）5第二次世界大战主被动声呐，水声制导鱼雷，音响水雷，扫描声呐等出现，对目标强度、辐射噪声级、混响级有初步认识。
（二战中被击沉潜艇，60%靠的是声呐设备）6二、三十年代——午后效应，强迫人们对声音在海洋中的传播规律进行了大量研究，并建立起相关理论。
对海中声传播机理的认识是二次大战间取得的最大成就。
7二战后随着信息科学发展，声呐设备向低频、大功率、大基阵及综合信号处理方向发展，同时逐步形成了声在海洋中传播规律研究的理论体系。
81、1945年，Ewing发现声道现象，使远程传播成为可能，建立了一些介质影响声传播的介质模型。
2、1946年，Bergman提出声场求解的射线理论。
3、1948年，Perkeris应用简正波理论解声波导传播问题。
4、50-60年代，完善了上述模型（利用计算技术）。
5、1966年，Tolstor 和Clay 提出声场计算中在确定性背景结构中应计入随机海洋介质的必要性。
§0-2 节 水声学的研究对象及任务1、 水声学：它是声学的一个重要分支，它基于四十年代反潜战争的需要，在经典声学的基础上吸收雷达技术及其它科学成就而发展起来的综合性尖端科学技术。
主动声纳方程期末总结-水声学讲义
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第六章 声波在目标上的反射和散射
本章主要内容
目标强度参数定义 刚性大球目标强度计算理论推导 常见声纳目标的目标强度值和特性 目标强度测量方法 目标回波组成及其特征 壳体目标的回波信号特征
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作业点评
聚集因子F是如何定义的，它有什么物理意义？ 举出二个F>1的场合。
解：聚集因子 F Ix, z/ I0 ，其中I是非均匀介
质中的声强，I0是按球面波衰减的声强，若 F>1，表示该处衰减小于球面波规律，反之， 则表示该处衰减大于球面波规律。会聚区和焦 散线上F>1。
声信号级
回声信号级 混响掩蔽级 噪声掩蔽级
rR rn
距离r
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作业点评
第四章
声线弯曲满足的基本条件是什么？并定性说明它们 之间的规律。
海水中声速值从海面的1500m/s均匀减小到100m深处 的1450m/s。求（1）速度梯度；（2）使还表面的水平 声线达到100m深处时所需要的水平距离；（3）上述 声线到达100m深处时的角度。
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第六章 声波在目标上的反射和散射
本章主要内容
刚性球体散射声场计算及其特性 弹性球体散射声场计算 弹性球体散射声场特性 求解散射声场的理论方法
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第一章水声学绪论
第一章绪论声波在水中的传播性能最好：在海水中，光波和无线电波的传播衰减都非常大，传播距离有限；声波在水中的传播性能好得多：利用深海声道效应，人们可以在5000公里以外，清晰地接收到几磅TNT炸药爆炸时所辐射的声信号（1公斤＝2.2磅）。
1.1 水声学发展简史✧水声学的迅速发展：始于第二次世界大战初期✧声纳起源：1490年，意大利列昂纳多•芬奇在摘记中写道：“如果使船停航，将长管的一端插入水中，而将管的开口放在耳旁，则能听到远处的航船。
”——它是人类利用水声探测水下目标的最早记载，这种原始“声纳”一直到第一次世界大战还广为采用。
✧水声的第一次定量测量：1827年，瑞士物理学家D.Colladon和法国数学家C.Sturm合作，在日内瓦测量了声速，测得的声速值为1435米/秒，与现代测量值十分接近。
✧水声换能进展：1840年，焦耳发现了磁致伸缩效应，1880年皮埃尔•居里发现了压电效应；在此基础上，后人支撑和发展了水声压电换能器和磁滞伸缩换能器，实现水中电能和声能之间的转换。
✧水声第一个回声定位方案：1912年，英国“泰坦尼克号”和冰山相撞海难事件发生后不久，英国人L.F.Richardson提出水下回声定位方案，他本人未能实现这一方案。
✧军用声纳发展（第一次世界大战）：第一次世界大战后期，反潜成为一个主要研究方向；法国物理学家ngeven和俄国电气工程师C.Chilowsky采用电容发射器和碳粒接收器作了水下目标的探测实验，1916年接收到海底回波和200米以外的一块装甲板的回波；1917年Langeven研究成功了石英－钢夹心换能器，并利用了真空管放大器，首次将电子学应用于水声技术；1918年，成功地探测到1500米以外的水下潜艇的反射声。
他首次实现了利用回声探测水下目标。
✧第一次世界大战后：水声技持续发展，1925年研制用于传播导航的水声设备——回声测深仪。
✧第二次世界大战：进一步推动水声技术的发展，取得很多成果：主、被动声纳，水声制导鱼雷，音响水雷和扫描声纳等。
水声学原理(第一章)(课件)
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0
应当指出的是，虽然结构噪声级与振动级的定义相同， 但实际测量和评价方法有区别的。因为结构噪声要反映 连续弹性体的振动特性，所以用一个点的振动级是无法 描述的。通常要用结构的整个辐射面上大量测点的统计 平均来描述。
英国、法国联合研制的 舷侧阵声呐TSM2253
美国Lockheed Martin 公司研制的被动测距声 呐PUFFS
英国、法国联合研制的 投吊声呐
德国ATLAS公司研制 的拖曳线列阵 8
1.6 声学量的度量、分贝和级
声学中采用分贝计量的原因：
声学量的变化大到六、七个数量级以上 从窃窃私语到大型喷气式飞机起飞的声功率差十个数量级； 人耳的听阈在频率1kHz时是20μ Pa（微帕），痛阈是20Pa， 相差六个数量级； 在水中，一艘老式潜艇的辐射总声功率达到数瓦，而新型的 低噪声潜艇不到1微瓦，相差六、七个数量级。 人耳（仪器）的响应近似与声压或声强的对数成比例。
其它物理场：磁场、水压场、尾流场、温度场，也是可以检测，但可检测距离大
致与源本身尺度同一量级，不能在水中远距离传递信息。
2
1.2、声呐与雷达的异同
声呐与雷达的工作原理相似。但由于信息载体－声波与电磁波的差异决定了 声呐和雷达有重要差别。
a.电磁波速度30万公里/秒,声波在水中1.5公里/秒。决定： •工作频率差别大。雷达频率约GHz（ 1 0 •分辨率差。声图象模糊。
统。声呐的主要应用是军用声呐。按工作方式可以分为：主动声呐和被动声呐。 按安装平台分可以分为：
潜艇声呐：潜艇上的电子设备是声呐。一般核潜艇装有10～15部声呐。主要有： 艏部主、被动综合声呐；被动测距声呐；舷侧阵声呐；拖曳线列阵声呐。
水面舰声呐：舰艏声呐；变深拖曳声呐；拖曳线列阵声呐。
海洋声学基础讲义-吴立新精编版
海洋声学基础——水声学原理绪论各种能量形式中，声传播性能最好。
在海水中，电磁波衰减极大，传播距离有限，无法满足海洋活动中的水下目标探测、通讯、导航等需要。
声传播性能最好，水声声道可以传播上千公里，使其在人类海洋活动中广泛应用，随海洋需求增大，应用会更广。
§0-1节水声学简史01490年，意大利达芬奇利用插入水中长管而听到航船声记载。
11827年，瑞士物理学家D.colladon法国数学家c.starm于日内瓦湖测声速为1435米每秒。
21840年焦耳发现磁致伸缩效应1880年居里发现压电效应31912年泰坦尼克号事件后，L.F.Richardson提出回声探测方案。
4第一次世界大战，郎之万等利用真空管放大，首次实现了回波探测，表示换能器和弱信号放大电子技术是水声学发展成为可能。
（200米外装甲板，1500米远潜艇）5第二次世界大战主被动声呐，水声制导鱼雷，音响水雷，扫描声呐等出现，对目标强度、辐射噪声级、混响级有初步认识。
（二战中被击沉潜艇，60%靠的是声呐设备）6二、三十年代——午后效应，强迫人们对声音在海洋中的传播规律进行了大量研究，并建立起相关理论。
对海中声传播机理的认识是二次大战间取得的最大成就。
7二战后随着信息科学发展，声呐设备向低频、大功率、大基阵及综合信号处理方向发展，同时逐步形成了声在海洋中传播规律研究的理论体系。
81、1945年，Ewing发现声道现象，使远程传播成为可能，建立了一些介质影响声传播的介质模型。
2、1946年，Bergman提出声场求解的射线理论。
3、1948年，Perkeris应用简正波理论解声波导传播问题。
4、50-60年代，完善了上述模型（利用计算技术）。
5、1966年，Tolstor和Clay提出声场计算中在确定性背景结构中应计入随机海洋介质的必要性。
§0-2 节水声学的研究对象及任务1、水声学：它是声学的一个重要分支，它基于四十年代反潜战争的需要，在经典声学的基础上吸收雷达技术及其它科学成就而发展起来的综合性尖端科学技术。
水声学原理第一章 ppt课件
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水声学原理第一章
声呐与雷达的工作原理相似。但由于信息载体－声波与电磁波的差异决定了 声呐和雷达有重要差别。
a.电磁波速度30万公里/秒,声波在水中1.5公里/秒。决定：
•工作频率差别大。雷达频率约GHz（ 1 0 9 Hz） 声呐频率约kHz（ 1 0 3 Hz）
1490年 达芬奇就提出声纳的原始概念 泰坦尼克号的沉没，开始最初的声纳设计 第一次世界ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ战的爆发促进了一系列军用声纳的发展（值得一提的 是郎之万在换能器上的贡献，并测得了水中1500米外潜艇回波） 一战和二战之间水声工程一直缓慢而稳步发展,最大的成就是对海 洋声传播机理的认识。（如“下午效应”现象的解释） 二战期间为了探测德国潜艇，水声工程有了很大发展，出现了大量 新的理论和技术 战后水声工程随着计算机和电子计算发展，水声工程的应用在军用 、民用领域更为广泛。
1012米。
应当指出的是，虽然结构噪声级与振动级的定义相同， 但实际测量和评价方法有区别的。因为结构噪声要反映 连续弹性体的振动特性，所以用一个点的振动级是无法 描述的。通常要用结构的整个辐射面上大量测点的统计 平均来描述。
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水声学原理第一章
物理量的乘除运算变成加减运算。
例如在声学测量中，用灵敏度等于S 伏/μPa的水听器接收，经 过放大倍数等于K的放大器放大后得到电压V伏。水听器输入端的声压
注意参考值不同产生的声级差别:
1971年以前曾用： =20μPa＝2×10－4达因/厘米2，换算到现在标准要加26分贝。 ＝1 达因/厘米2＝1μb（微巴）＝10－5μPa，换算到现在的标准 要加100分贝。
俄罗斯标准＝20μPa 由于空气声和水声参考值的不同，舱室内声级为L分贝的噪声若 无损耗地传到水下将变成L＋26分贝的水噪声。
水声学原理第一章
1.8 组合声纳参数
回 声 余 量 ： SL-2TL+TS- （ NLDI+DT）——主动声纳回声级超过噪声 掩蔽级的数量； 优质因数：SL-（NL-DI+DT）——对 于被动声纳，该量规定最大允许单程传 播损失；对于主动声纳，当TS=0时，该 量规定了最大允许双程传播损失； 品质因数：SL-（NL-DI）——声纳接收 换能器测得的声源级与噪声级之差
sin(L / sin ) L / sin
2
20
7、检测阈DT （Detection Threshold）
声纳设备接收器接收声纳信号和背景噪声，两部分的 比值即接收带宽内的信号功率或均方电压与1Hz带宽 内（或接收带宽）的噪声功率或均方电压的比，它影 响设备的工作质量，比值越高，设备就能正常工作， “判决”就越可信。 检测阈DT是设备刚好能正常工作所需的处理器输入端 的信噪比值 定义： DT 10 lg
主动声纳方程（混响背景）： SL-2TL+TS-RL=DT Caution：适用于收发合置型声纳，对于收发 分置声纳，往返传播损失不能简单用2TL表示； 适用于背景干扰为混响的情况。
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3、被动声纳方程
与主动声纳相比，被动声纳特点：
噪声源发出的噪声直接由噪声源传播至接收换能器； 噪声源发出的噪声不经目标反射，即无TS； 背景干扰为环境噪声。
RN DI 10 lg 10 lg RD
4 b , d 4
18
Caution：
•参数DI只对各向同性噪声场中的平面波信 号（是完全相关信号）有意义； •具有其它方向特性的信号和噪声场，需用 参数阵增益来代替DI。
水声学-绪论-声纳方程
何为水听器灵敏度？ 问题四：何为水听器灵敏度？ 何为水听器灵敏度
物理意义： 物理意义：反应水听器的声电转换能力 定义：水听器处的声压为p，装置的开路终端电压为V， 定义：水听器处的声压为 ，装置的开路终端电压为 ， 则水听器的灵敏度： 则水听器的灵敏度：
Sh = 20lg v/ p) (
dB/V
：已知水听器的灵敏度为-200dB/V，假设入射平面 已知水听器的灵敏度为 ， 波的声压级为80dB，问其输出端的开路电压为几伏？ ，问其输出端的开路电压为几伏？ 波的声压级为
上 分 端 水 部 →干 ⇒ 下 分 端 水 部 →湿
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3
一、声纳及其工作方式
工作方式：主动、 工作方式：主动、被动 按工作方式分类：主动声纳、 按工作方式分类：主动声纳、被动声纳 主动声纳信息流程： 主动声纳信息流程：
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接收指向性指数如何获得？ 问题五：接收指向性指数如何获得？ 接收指向性指数如何获得
阵增益：（ 水声原理[M]. P24） 阵增益：（R. J. Urick. 水声原理 ：（ ）
S (θ , ϕ )b (θ , ϕ ) d Ω ∫4π AG = 10 lg ∫4π S (θ , ϕ )d Ω
信号源 判决 显示
发射机
干端
发射阵
湿端
目标
处理器
接收阵
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一、声纳及其工作方式
被动声纳信息流程： 被动声纳信息流程： 被动声纳通过接收被探测目标（声源部分）如鱼雷、 被动声纳通过接收被探测目标（声源部分）如鱼雷、潜 艇等的辐射噪声来实现水下目标探测。 辐射噪声来实现水下目标探测 艇等的辐射噪声来实现水下目标探测。
水声学原理第一章2
水声学原理第一章2
水声学概述 水声传播原理 水下声场 声呐原理及应用 总结与展望
contents
目 录
01
水声学概述
水声学是一门研究水下声波的产生、传播、接收和利用的学科，其研究对象包括声波在水下的传播规律、声呐技术以及水下声学现象等。
总结词
水声学是声学的一个分支，专门研究声波在水下介质中的传播规律。它涉及到声波在水下环境中的产生、传播、散射、吸收和反射等物理过程，以及水下声学现象的机制和特性。水声学的研究对象包括声波在水下的传播规律、声呐技术以及各种水下声学现象等。
声呐的基本原理和组成
声呐信号的发射和接收
声呐信号的发射
声呐发射机产生一定频率和强度的声波，通过换能器将电信号转换为声波向水中发射。
声呐信号的接收
声呐接收机接收到反射回来的声波后，通过换能器将声波转换为电信号，然后进行处理和分析。
VS
声呐的探测性能受到多种因素的影响，如水深、水温、盐度、水中的悬浮物等。不同的声呐型号和应用场景需要选择合适的参数和配置。
详细描述
水声学的定义和研究对象
总结词
水声学的发展历程可以追溯到20世纪初期，随着科技的不断进步，水声学在探测、通信、海洋生物学和地球物理学等领域得到了广泛的应用和发展。
详细描述
水声学的发展历程可以追溯到20世纪初期，当时人们开始系统地研究声波在水下的传播规律。随着科技的不断进步，水声学在探测、通信、海洋生物学和地球物理学等领域得到了广泛的应用和发展。如今，水声学已经成为一门高度发达的学科，为人类在海洋领域的探索和发展提供了重要的技术支持。
应用领域
声呐广泛应用于水下探测、海洋科学研究、水下考古、海底地形测量等领域。在军事上，声呐也被用于潜艇探测、水下目标识别和反潜作战等方面。
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参考值
10
1.6.2声压级等于声强级:
L I
10 log
I I
0
10
log
p2
c
p2 0
c
20 log
p p
0
L
p
注意参考值不同产生的声级差别:
1971年以前曾用： =20μPa＝2×10－4达因/厘米2，换算到现在标准要加26分贝。 ＝1 达因/厘米2＝1μb（微巴）＝10－5μPa，换算到现在的标准 要加100分贝。
水声技术的成果突出反映在两个方面 1、声呐性能的不断提高：探测距离原来越远、对目标的定位、跟踪能力越来越强 2、应用声自导或声引信的水中兵器（鱼雷、水雷、深水炸弹等）的作战能力不断 提高。
因此，现代舰艇在水下面临的威胁与水声技术的水平有直接的关系。声隐身 性能是潜艇水下隐蔽性的核心。
4
1.4、水声技术的发展历史
声学中采用分贝计量的原因： ❖声学量的变化大到六、七个数量级以上
▪ 从窃窃私语到大型喷气式飞机起飞的声功率差十个数量级； ▪ 人耳的听阈在频率1kHz时是20μPa（微帕），痛阈是20Pa， 相差六个数量级； ▪ 在水中，一艘老式潜艇的辐射总声功率达到数瓦，而新型的 低噪声潜艇不到1微瓦，相差六、七个数量级。 ❖人耳（仪器）的响应近似与声压或声强的对数成比例。
5
1.5 声呐简介
声呐（声纳）-SONAR(Sound Navigation and Ranging)
凡是利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的系统，都通称为声呐系 统。声呐的主要应用是军用声呐。按工作方式可以分为：主动声呐和被动声呐。 按安装平台分可以分为： ❖潜艇声呐：潜艇上的电子设备是声呐。一般核潜艇装有10～15部声呐。主要有： 艏部主、被动综合声呐；被动测距声呐；舷侧阵声呐；拖曳线列阵声呐。 ❖水面舰声呐：舰艏声呐；变深拖曳声呐；拖曳线列阵声呐。 ❖机载声呐和浮标：吊放声呐；声呐浮标。 ❖海洋水声监视系统：岸站（岸边海底固定式声呐）；预警系统 ❖水声对抗器材：鱼雷报警声呐；声诱饵；干扰器；气幕弹 ❖水中兵器自导：鱼雷声自导；水雷声引信； ❖其它：通讯仪、鱼探仪、多普勒测速仪、浅地层剖面仪等。
v
0
L 20log(d / d )
d
0
加速度、速度和位移参考值是：
a 106 0
米/秒2，v 0
109米/秒，d0
1012 米。
应当指出的是，虽然结构噪声级与振动级的定义相同， 但实际测量和评价方法有区别的。因为结构噪声要反映 连续弹性体的振动特性，所以用一个点的振动级是无法 描述的。通常要用结构的整个辐射面上大量测点的统计 平均来描述。
1490年 达芬奇就提出声纳的原始概念 泰坦尼克号的沉没，开始最初的声纳设计 第一次世界大战的爆发促进了一系列军用声纳的发展（值得一提的 是郎之万在换能器上的贡献，并测得了水中1500米外潜艇回波） 一战和二战之间水声工程一直缓慢而稳步发展,最大的成就是对海 洋声传播机理的认识。（如“下午效应”现象的解释） 二战期间为了探测德国潜艇，水声工程有了很大发展，出现了大量 新的理论和技术 战后水声工程随着计算机和电子计算发展，水声工程的应用在军用 、民用领域更为广泛。
•工作速率差别大。雷达搜速快，声呐搜索慢 •分辨率差。声图象模糊。
b.声呐受海洋信道影响大。声呐环境比雷达环境复杂得多。
c.声呐的作用距离近。
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1.3、水声技术的研究范围
水声技术呐是研究声波在水中的发射、传输、接收、处理的专门技术。包括： a.水声换能器和基阵－水声传感器系统； b.水声物理－海洋信道的传播、混响、散射、噪声特性和各种水声目标特性； c.水声设备－水声信号处理、水声电子技术。
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主要声呐图片
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德国ATLAS公司研制的 ASA92－25主动拖曳线声呐
美国DTI公司研制的合 成孔径声呐
英国、法国联合研制的 舷侧阵声呐TSM2253
美国Lockheed Martin 公司研制的被动测距声 呐PUFFS
英国、法国联合研制的 投吊声呐
德国ATLAS公司研制
的拖曳线列阵
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1.6 声学量的度量、分贝和级
致与源本身尺度同一量级，不能在水中远距离传递信息。
2
1.2、声呐与雷达的异同
声呐与雷达的工作原理相似。但由于信息载体－声波与电磁波的差异决定了 声呐和雷达有重要差别。
a.电磁波速度30万公里/秒,声波在水中1.5公里/秒。决定：
•工作频率差别大。雷达频率约GHz（ 109 Hz） 声呐频率约kHz（ 103 Hz）
因此声学中定义一个以对数为基础的分贝单位，水声也一直沿用。
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1.6.1、定义和参考
声压、声强和声功率用级和分贝（dB）来量度。他们是：
声压级： 声强级： 声功率级：
L p 20 log( p p0 ) dB LI 10 log(I I0 ) dB LW 10 log(W W0 ) dB
▪ 电磁波在水中的衰减：1.42103 f 1/2 ( f k Hz)分贝/ 公里 不能在水中远距离传播
▪ 声波由于介质吸收引起的衰减： 0.011 f 2分贝/ 公里 能远距离传播 ▪ 声波与电磁波衰减之比：7.7 106 f 3/2
▪ 10kHz声波水中衰减仅约 1分贝/公里 电磁波为4500分贝/公里 ▪ 其它物理场：磁场、水压场、尾流场、温度场，也是可以检测，但可检测距离大
俄罗斯标准＝20μPa 由于空气声和水声参考值的不同，舱室内声级为L分贝的噪声若 无损耗地传到水下将变成L＋26分贝的水噪声。
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固体介质中的结构噪声用振动来描述，它的分贝定义实际上就是振 动量的分贝定义。
加速度级
L 20
速度级 位移级
L 20log(v / v )
水声学原理
2020/2/5
范军
上海交通大学振动、冲击、噪声国家重点实验室
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第一章 导论
1.1 海洋与水声技术 1、为什么用水声技术
❖ 海洋占据地球表面约70％的面积；
海洋是人类开展交通运输、军事斗争和获取资源的场所。这就必须有观测、通讯 、导航、定位的工具。水声技术在其中扮演了重要的角色。
❖声波是迄今为止在水中唯一能有效地远距离传递信息地物理场。
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1.6.3 分贝表示的特点