哈尔滨工程大学
水声学原理
5
硕士学位课程
课程简介
主要内容
– 与声学相关的海洋特性 – 海洋声场特性分析与应用 – 水下目标的回波特性 – 海面海底的声散射机理与海洋混响 – 海洋环境噪声场空间相关特性建模理论 – 声纳系统的设计与声纳性能预报
哈尔滨工程大学
水声学原理
6
硕士学位课程
课程简介
教材
– Fundamentals of ocean acoustics. 3rd Ed. L.M. Brekhovskikh, Yu.P. Lysanov. Springer, 2001.
a 1 dc 1.1 1.2 10 5 m 1
c0 dz
– 第一个近似—水平分层介质
– 内波、大尺度涡漩、洋流和其它因素对海洋分层的影响 则需要单独进行讨论 。
哈尔滨工程大学
水声学原理
12
硕士学位课程0Βιβλιοθήκη 01.1 海水的特性 500
Temperature/C
10
20
Sound Speed/ms-1
• 海水中的声速 – 声速经验公式
c 1449 .2 4.6T 0.055T 2 0.00029 T 3 (1.34 0.010T )(S 35) 0.016 z
– 适用范围
温度：0 T 35 ℃ 盐度：0 S 45 ‰ 深度：0 z 1000m
哈尔滨工程大学
水声学原理
15
硕士学位课程
1.1 海水的特性
• 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。 • 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声信道。 • 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声信道。 • 典型的thermal水下声信道发生在波罗的海和黑海。
– 黑海—具有相似的声速结构
哈尔滨工程大学
水声学原理
13
硕士学位课程
1.1 海水的特性
若大于最大掠射角，声线首先在哪个边界发生反射？
• 声速剖面
– 深海声信道
该信道携带的声线为掠射角 max 的声线： max [2(c0 cm ) / c0 ]1/ 2
哈硕尔士※滨学声工位程课速大程学差越大，最大声线掠水声射学原角理就越大，波导就越高效。14
30
1480 1500 1520 1540 1560
0
500
Depth/m
• 声速剖面
1000
1000
– 声速剖面的最大起伏出现150在0 海洋表层—温150度0 、盐度的
季节变化和日变化
2000
2000
– 1000m以下，温度变化甚微，声速随着深度的增大而
增大—静压力
2500
2500
– 日本海—从200-300m深度一直延伸至海底，声速线性 增大
哈尔滨工程大学
水声学原理
11
硕士学位课程
1.1 海水的特性
• 海水中的声速
– 温度每升高1℃
T（℃） 5
10
15
20
25
30
∆c（m/s） 4.1 3.6 3.1 2.7
2.4
2.1
– 声速梯度 ※声速垂直梯度是水平梯度的1000倍；
※冷暖流交汇区基本相当。
g dc 0.016 s1 dz
1.1 海水的特性
• 声速剖面
– 深海声信道
• 深海声道的声道轴深度一般在1000—1200m
• 热带—深度延伸至2000m
• 纬度越高，上部水温受热越小，声道轴逐渐上升甚 至升至海面
• 地中海、黑海与日本海以及温带的太平洋，声道轴 位于100-300米
• 中纬度地区，太平洋声道轴的声速从1450m/s变化 到1485m/s；大西洋声道轴的声速则从1450m/s变 化到1500m/s。
水声学原理
哈尔滨工程大学水声工程学院 2016年2月
课程简介
课程前后衔接 本科生课程 振动与 声基础
本科生课程
数理方程
本科生课程
换能器 技术
本科生课程
水声学
硕士生课程 水声学原理
博士生课程
水声传播 原理
哈尔滨工程大学 硕士学位课程
本科生课程
计算声学
本科生课程
声学测量
本科生课程
声纳技术
水声学原理
2
哈尔滨工程大学
水声学原理
哈尔滨工程大学
水声学原理
4
硕士学位课程
课程简介
课程目的
– 掌握水下声传播研究中所涉及的声场建模理论、 目标声散射建模理论、海洋混响强度和时域波 形预报理论、海洋环境噪声场空间特性建模理 论等最基础、但却非常重要的水声学基本理论
– 为三维声场研究、复杂目标的声散射研究、非 分层介质中混响研究、复杂海洋环境噪声场空 间特性研究提供理论基础，也为水声信号处理 算法研究提供一定指导
课程简介
水声学
海洋环境的声学特性 简正波、射线、虚源 声传播规律与水文环境的关系 目标的声散射 海洋混响强度预报方法 水下噪声谱级与噪声级
哈尔滨工程大学
水声学原理
3
硕士学位课程
课程简介
水声传播原理
分层介质情况下的声传播 深海声道中的声传播 非分层介质中的声场 声场分布的数值计算（PE） 海底声学特性分析
– Fundamentals of acoustical oceanography. Hermann Medwin, Charence S. Clay. Academic Press, San Diego,1998.
– 海洋声学. 布列霍夫斯基赫著, 科学出版社, 1983年 – 水声学（第二版）. 汪德昭, 尚尔昌. 科学出版社 – 实用声纳工程. [英]A. D. Waite著, 王德石等译. 电子工
声速 声速剖面 声吸收
海洋的可变性(洋流、涡旋、内波、水体
垂直微结构、湍流)
气泡的声散射 深水散射层的散射 环境噪声
海面的随机起伏 海面声散射 海底的特性
水声学原理
10
1.1 海水的特性
• 海水最典型的特性—非均匀性 – 有规声速剖面—水下声信道 – 随机不均匀性—散射—声场起伏
业出版社, 2004年
哈尔滨工程大学
水声学原理
7
硕士学位课程
课程简介
学习方法
– 课堂听课 – 查阅文献 – 数学推导 – 数值仿真
考核形式
– 闭卷考试？开卷考试？大作业？
课程要求
哈尔滨工程大学
水声学原理
8
硕士学位课程
第1章 与声学相关的海洋特性
本章主要内容
– 水体
– 海面/海底
哈尔滨工程大学 硕士学位课程