第十三講深海聲道及其聲傳播第五章典型傳播條件下的聲場1CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU本講主要內(nèi)容深海聲道概述深海聲道的典型聲速分布聲道信號的基本特征深海聲道典型聲線軌跡深海聲道中的傳播損失深海負(fù)梯度深海負(fù)躍層課堂測驗2CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU聲源位于聲道軸附近時，在一定角度范圍內(nèi)出射的聲線被限制于聲道內(nèi)傳播，這部分聲線不受海面散射和海底反射的影響，聲信號傳播很遠(yuǎn)。一、深海聲道概述3CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEUSOFAR：SOundFixingAndRanging——聲學(xué)定位和測距。利用深海聲道效應(yīng)可以有效地定位和測距。通常利用若干水聲接收基陣來測量爆炸聲信號的到達(dá)時間，來確定爆炸點的位置和距離。例如進(jìn)行大地測量、確定導(dǎo)彈濺落點的位置。一、深海聲道概述5CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEUMunk聲速標(biāo)準(zhǔn)分布模型：緯度越高，海面水溫受熱小，聲道軸也越淺。我國南海的聲道軸接近1000米。二、深海聲道的典型聲速分布6CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU二、深海聲道的典型聲速分布線性聲速分布模型7CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU三、聲道信號的基本特征聲線和信號波形聲線偏離聲道軸較遠(yuǎn)的聲線，路程最長，但最先到達(dá)；沿聲道軸傳播的聲線，路程最短，但最遲到達(dá)；沿聲道軸傳播的聲線最密集，攜帶能量最大。9CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU三、聲道信號的基本特征聲線和信號波形信號波形特點多途徑傳播的爆炸信號，接收信號強(qiáng)度由小變大直至峰值，然后突然截止；與表面聲道聲傳播具有類似規(guī)律。10CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU三、聲道信號的基本特征會聚區(qū)和聲影區(qū)匯聚區(qū)：聲影區(qū)：

高聲強(qiáng)焦散反轉(zhuǎn)折射聲線的區(qū)域無法達(dá)到區(qū)域11CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU會聚區(qū)和聲影區(qū)會聚區(qū)內(nèi)平均聲強(qiáng)設(shè)無指向性聲源的發(fā)射功率為W，形成會聚區(qū)的聲線掠射角范圍為，空間會聚區(qū)內(nèi)的總聲功率：假設(shè)水平距離處的聲線平均掠射角，則垂直聲線方向的環(huán)形截面積等于三、聲道信號的基本特征13CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU會聚區(qū)和聲影區(qū)會聚區(qū)內(nèi)平均聲強(qiáng)會聚增益：會聚區(qū)聲強(qiáng)與球面擴(kuò)展聲強(qiáng)之比聲強(qiáng)異常：會聚增益的分貝值，即

三、聲道信號的基本特征會聚區(qū)寬度與會聚區(qū)序號有關(guān)14CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU會聚區(qū)和聲影區(qū)聲強(qiáng)異常：為球面波損失高于會聚區(qū)損失的分貝數(shù)。波動理論的解釋：會聚現(xiàn)象是焦散線上大量同相簡正波疊加的結(jié)果；同相疊加的簡正波數(shù)目越多，會聚增益越大；會聚增益也與簡正波的深度分布函數(shù)有關(guān)，即與z有關(guān)。三、聲道信號的基本特征15CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU典型聲線軌跡四、深海聲道典型聲線軌跡17CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU深海聲道的傳播損失考慮海水介質(zhì)聲吸收引起的衰減：近距離處，球面波擴(kuò)展衰減遠(yuǎn)距離處，柱面波擴(kuò)展衰減深海聲道是遠(yuǎn)距離傳輸?shù)牟▽?dǎo)五、深海聲道中的傳播損失18CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU六、深海負(fù)梯度深海負(fù)梯度特點從聲源發(fā)出的聲線向海底折射，不再反轉(zhuǎn)回聲源所在的水平面上，與前面介紹的波導(dǎo)傳播情況相反，故稱為反波導(dǎo)傳播19CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU六、深海負(fù)梯度幾何作用距離定義：從聲源到觀察點深度影區(qū)邊緣的水平距離

：幾何作用距離為多少？21CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU六、深海負(fù)梯度幾何作用距離定義：從聲源到觀察點深度影區(qū)邊緣的水平距離

：幾何作用距離為多少？22CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU六、深海負(fù)梯度幾何作用距離定義：從聲源到觀察點深度影區(qū)邊緣的水平距離

：幾何作用距離為多少？23CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU負(fù)躍層特點描述：聲速顯著減小的水層。聲線通過負(fù)躍層時，聲線明顯彎曲，聲強(qiáng)減弱，對聲納作用距離影響很大。聲道模型負(fù)躍層上方介質(zhì)聲速為，下方介質(zhì)聲速為，且，負(fù)躍層較薄。：聲線折射后，介質(zhì)中的聲強(qiáng)如何變化？

七、深海負(fù)躍層25CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU七、深海負(fù)躍層聲線折射后，介質(zhì)中的聲強(qiáng)如何變化？處的水平距離：水平距離的偏導(dǎo)數(shù)：26CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU七、深海負(fù)躍層聲線折射后，介質(zhì)中的聲強(qiáng)如何變化？聲線折射后的聲強(qiáng)：聲強(qiáng)變化分析：要考慮負(fù)躍層對聲傳播的影響，只需考慮躍變層上下邊界處的聲強(qiáng)變化關(guān)系即可。29CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU七、深海負(fù)躍層聲線折射后，介質(zhì)中的聲強(qiáng)如何變化？聲強(qiáng)變化分析：上邊界聲強(qiáng)：下邊界聲強(qiáng)：30CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU七、深海負(fù)躍層聲線折射后，介質(zhì)中的聲強(qiáng)如何變化？經(jīng)躍變層的傳播損失：分析：結(jié)論：聲波經(jīng)過負(fù)躍層引起聲能損失。舉例：當(dāng)（相當(dāng)水溫有10℃以上變化），聲源處掠射角時，傳播衰減相當(dāng)于聲強(qiáng)減小7倍31CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU聲速分布如下圖，聲源位于深度H處，以出射的聲線在、深度上反轉(zhuǎn)，已知，，求水平距離。八、課堂測驗32CollegeofUnderwaterAcousticEngineeringHEU聲速分布下圖，聲源位于處，以出射的聲線在處反轉(zhuǎn)。已知，，求水平距離