水声学原理第六章1.ppt

College of Underwater Acoustic Engineering 第六章 声波在目标上的反射和散射 第十五讲 目标强度及常见声纳目标的目标强度的一般特征 第五章知识要点 邻近海面的水下点源声场 声压振幅随距离的变化特征（近场/远场） 传播损失 表面声道 表面声道特征 反转深度、临界声线、跨度的概念 传播损失（近距离/远距离） 深海声道 深海声道特征 声影区的概念 传播损失（近距离/远距离） 深海负梯度 声线的特点与极限声线 几何作用距离的概念 深海负跃层 概念 对声传播的影响 均匀浅海声场 传播损失与距离的关系（近/中等/远距离） 虚源表示的基本思想 本讲主要内容 目标强度 目标强度概念 刚性大球的目标强度 常见声纳目标的目标强度的一般特征 潜艇的目标强度 鱼雷和水雷的目标强度 鱼的目标强度 目标强度 目标强度概念 水下目标 1）军事目标：潜艇、鱼雷、水雷 2）民用目标：鱼群 3）无限伸展非均匀体：深水散射层、海面、海底等 研究声纳目标回波特性的意义 A）主动声纳目标检测和识别的依据 B）对声纳设备的设计和应用有重要意义 目标强度 目标强度概念 定义：目标强度TS定量描述目标声反射本领的大小，其定义为 式中， 为入射声波强度； 为离目标声中心1米处的回声强度。 目标强度 目标强度概念 目标的声中心：假想的点，可位于目标的内部或外部，回声由该点发出。 收发分置（bistatic）：回声强度是入射方向和回声方向的函数。 收发合置（monostatic）：回声强度仅是入射方向的函数，即为反向反射或反向散射。 提示：多数声纳为收发合置型的，本章主要讨论反向反射情况下的目标回声问题。 问题：水下目标的目标强度是大于零还是小于零？为什么？ 目标强度 刚性大球的目标强度 大球：ka1，k为波数 刚性：声能不会透入球体内部 反射声线：局部平面镜反射定律 理想反射体：声能无损失地被球面所反射 到 范围内的入射声功率： 目标强度 刚性大球的目标强度 从 到 入射的声波被限制 在 到 的范 围内。 散射声功率： 目标强度 刚性大球的目标强度 根据入射声功率等于散射声功率有： 求得 刚性大球的目标强度： 结论：TS值与声波频率无关，只与球半径有关。 提示：尤立克《水声原理》应用能量守恒进行推导 常见声纳目标的目标强度的一般特征 潜艇的目标强度 问题：潜艇不同方位的目标强度是否一样？ 常见声纳目标的目标强度的一般特征 潜艇的目标强度 潜艇的目标强度与方位、频率、脉冲宽度、深度和测量距离等因素有关。 测试艇：柴油动力潜艇 时间：二战前后。 正横方向：12～40dB， 平均值25dB 常见声纳目标的目标强度的一般特征 潜艇的目标强度 随方位的变化 潜艇目标强度与方位角关系曲线呈“蝴蝶形”图形。 常见声纳目标的目标强度的一般特征 潜艇的目标强度 随方位的变化 1）在艇的舷侧正横方向上，目标强度值最大，达25dB，系由艇壳的镜反射引起； 2）在艇首和艇尾方向，目标强度最小，约10～15dB，系由艇壳和尾流的遮蔽效应引起； 3）在艇首和艇尾20度附近，比相邻区域高出1～3dB，可能是由潜艇的舱室结构的内反射产生； 4）在其它方向上呈圆形，系由潜艇的复杂结构以及附属物产生散射的多种叠加。 常见声纳目标的目标强度的一般特征 潜艇的目标强度 随测量距离的变化 近距离处潜艇目标强度测量值有可能小于远距离处的目标强度测量值，其原因是： 1）当使用指向性声纳在近处进行目标强度测量时，由于指向性的关系，声束不能照射到目标的全部； 2）某些几何形状比较复杂物体的回声随距离的衰减规律不同于点源声场。 问题：如何解释？ 常见声纳目标的目标强度的一般特征 潜艇的目标强度 随测量距离的变化 以长为L的柱体 目标强度测量为例： 近距离处： 远距离处： 过渡距离： 解得： 常见声纳目标的目标强度的一般特征 潜艇的目标强度 随测量距离的变化 1）在近场（距离小于 ），回声强度随距离的衰减服从柱面波规律，即 。 2）在远场（距离大于 ），回声强度随距离的衰减服从球面波规律，即 。 3）若分别在近场和远场进行测量，然后按照球面波规律归算到距目标声中心1m处，则结果必然是远距离测量值大于近距离