水聲學(xué)基礎(chǔ)第一章

1、通過講述聲納方程、海洋聲傳播特性、目標(biāo)反射和散射、海洋混響和水下噪聲等內(nèi)容，使學(xué)生了解水聲工程設(shè)計(jì)的基本方法、聲納設(shè)備以及水聲學(xué)的最新發(fā)展動態(tài)，掌握聲波在海水中傳播時(shí)的基本現(xiàn)象和規(guī)律以及對聲納設(shè)備的影響，具有解決簡單的水聲工程實(shí)際問題的能力。聲輻射聲輻射聲傳播聲傳播聲接收聲接收海洋環(huán)境海洋環(huán)境海底海底海面海面海水海水 利用聲波作為信息載體來實(shí)現(xiàn)水下探測、定位、導(dǎo)航和通信的原理與方法 在軍事上，對抗水下聲探測、定位、導(dǎo)航和通信的技術(shù)措施與手段 水聲技術(shù)和對抗技術(shù)的工程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)水聲學(xué)與海洋環(huán)境水聲學(xué)與海洋環(huán)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 聲速(m/s)圖9 54組聲速剖面Speed of Sound in WaterDepthDepthDepthSalinityPressureTemperatureMedium Effects: Elasticity and Density Variable Effects of:水聲傳播中的多途現(xiàn)象水聲傳播中的多途現(xiàn)象VLASound Speed Pro

3、fileProblems: Ray bundle, Interaction with Bottom, Mode Coupling due to internal wave, front 基于信道基于信道自適應(yīng)的自適應(yīng)的聲場聚焦聲場聚焦海洋環(huán)境經(jīng)濟(jì)代價(jià)戰(zhàn)術(shù)約束武器系統(tǒng)聲納系統(tǒng)平 臺目 標(biāo)噪聲模型混響模型危險(xiǎn)評估代價(jià)評估聲納性能預(yù)報(bào)模型海洋與水聲集成的聲場預(yù)報(bào)模型 專家系統(tǒng)海 洋 環(huán) 境 信 息 獲 取 研 究Alexander BelmAlexander BelmnThe first working sonar system was designed and built in the Unite

4、d States 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 wi

5、th the low 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 hydr

6、ophonehydrophone. 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

7、the surveillance 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二戰(zhàn)期間，潛艇共擊沉作戰(zhàn)艦艇二戰(zhàn)期間，潛艇共擊沉作戰(zhàn)艦艇381381艘，其中戰(zhàn)列艦艘，其中戰(zhàn)列艦 艘，航艘，航空母艦空母艦艘，巡洋艦艘，巡洋艦艘，驅(qū)逐艦艘，驅(qū)逐艦艘，還有其它作戰(zhàn)艦艘，還有其它作戰(zhàn)艦艇艇艘，擊沉各種運(yùn)輸船艘，擊沉各種運(yùn)輸船余艘。余艘。n二

8、戰(zhàn)中各種艦艇共擊沉航空母艦二戰(zhàn)中各種艦艇共擊沉航空母艦艘，僅潛艇就擊沉艘，僅潛艇就擊沉艘。艘。n被潛艇擊沉的潛艇被潛艇擊沉的潛艇艘。艘。n在第二次世界大戰(zhàn)中，德國在第二次世界大戰(zhàn)中，德國“”號潛艇于號潛艇于19391939年年1010月月潛潛入英國位于蘇格蘭北部的海軍基地，在港內(nèi)擊沉了英國的排入英國位于蘇格蘭北部的海軍基地，在港內(nèi)擊沉了英國的排水量達(dá)水量達(dá)多噸的大型戰(zhàn)列艦多噸的大型戰(zhàn)列艦“皇家橡樹皇家橡樹”號，創(chuàng)造了軍號，創(chuàng)造了軍事史上的奇跡。事史上的奇跡。n在雙方被擊沉的潛艇中，有在雙方被擊沉的潛艇中，有60%60%是由水聲設(shè)備發(fā)現(xiàn)的。是由水聲設(shè)備發(fā)現(xiàn)的。 郎之萬振子，夾心石英預(yù)應(yīng)力換能器

9、磁致伸縮換能器 電子管振蕩器和放大器 壓電陶瓷 透聲橡膠 水聲物理研究，傳播，噪聲，混響的基本理論 傳感器技術(shù) 拖曳線列陣技術(shù) 水聲信號處理技術(shù) 水聲物理學(xué)研究 減振降噪與隱身技術(shù) 潛艇、魚雷、水雷、蛙人等 潛艇戰(zhàn)與反潛戰(zhàn) 魚雷攻擊與防護(hù) 水雷戰(zhàn)與反水雷 先敵發(fā)現(xiàn)（隱身和探測能力） 精確定位（定敵我位置） 隱蔽導(dǎo)航與通信水聲學(xué)水聲物理水聲工程水聲系統(tǒng)水聲技術(shù) 海水（聲學(xué)特性） 海底與海面（聲學(xué)特性） 水聲換能器水聲換能器 水聲基陣水聲基陣英國國家物理實(shí)驗(yàn)室英國國家物理實(shí)驗(yàn)室湖上試驗(yàn)場及其安裝設(shè)備和測量系統(tǒng)湖上試驗(yàn)場及其安裝設(shè)備和測量系統(tǒng)n水雷引信n聲制導(dǎo)魚雷n探雷聲納n小目標(biāo)定位聲納n通信聲納

10、n航空吊放聲納（浮標(biāo)聲納）n拖曳聲納n拖曳線列陣聲納n水聲導(dǎo)航聲納消聲瓦使高頻回波消聲瓦使高頻回波顯著降低，潛艇輻顯著降低，潛艇輻射噪聲也主要集中射噪聲也主要集中于低頻線譜。于低頻線譜。 美國是世界上潛艇技術(shù)領(lǐng)先、數(shù)量最多的國家，共擁有潛艇7070余艘，全部為核動力潛艇，其中，戰(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇近2020艘、攻擊型核潛艇5050余艘。美國最新核動力攻擊潛艇美國最新核動力攻擊潛艇- -海狼號海狼號美國俄亥俄級核動力導(dǎo)彈潛艇美國俄亥俄級核動力導(dǎo)彈潛艇俄羅斯俄羅斯D D級彈道導(dǎo)彈核潛艇級彈道導(dǎo)彈核潛艇英國最新戰(zhàn)略核潛艇英國最新戰(zhàn)略核潛艇-警戒號警戒號法國?；肆α恐袌?jiān)法國海基核力量中堅(jiān)-凱旋號核潛艇凱旋號核潛艇中國中國 092092型型“夏夏” 級彈道導(dǎo)彈核潛艇級彈道導(dǎo)彈核潛艇 魚雷多種多樣 制導(dǎo)方式 投放方式 爆炸方式 超高速 水雷多種多樣 引爆引信 布放方式 主動攻擊魚雷 水魚雷 單波束測深儀 多波束測深儀 旁視聲納 側(cè)掃聲納 綜合孔徑測深儀 多普勒測速儀（海流計(jì)） 相關(guān)測速儀（海流計(jì)） 信標(biāo) 應(yīng)答器觀察點(diǎn)觀察點(diǎn)A觀察點(diǎn)觀察點(diǎn)B聲源運(yùn)動方向聲源運(yùn)動方向多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng) 由聲納方程入手，將所有與聲納系統(tǒng)有關(guān)的物理參數(shù)聯(lián)系到一起，了解聲納系統(tǒng)設(shè)計(jì)、性能預(yù)測所需要的基本參數(shù)，建立基本的物理概念，明確水聲學(xué)的主要研究內(nèi)容與