水声学-海洋的声学特性1..ppt

College of Underwater Acoustic Engineering HEU 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 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 表面声道声速分布 浅海负梯度声速分布 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 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 一、海底声学特性 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 入射角5度时，散射 强度10lgms近似与 成正比 大入射角时，散射强度可能与频率的四次方成正比 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？ 一、海底声学特性 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 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 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？ 一、海底声学特性 多波束侧扫声纳探测海底底质 一、海底声学特性 海底沉积层的声学特性 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） 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 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 高声速海底 ：a曲线有一段是直线，表示什么物理含义？ 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 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 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 一、海底声学特性 海底反射损失简化模型——三参数模型 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： 、 、 参数计算 ： V0： Q： 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 ：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。 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： 令： 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 教材上： ：三参数模型可用于分析海洋中声场的平均结构 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。 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 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） 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 海面对声传播的影响简介 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 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