【正文】 第六章 聲波在目標(biāo)上的反射和散射 College of Underwater Acoustic Engineering 2 ? 鄰近海面的水下點(diǎn)源聲場(chǎng) ? 聲壓振幅隨距離的變化特征（ 近場(chǎng) /遠(yuǎn)場(chǎng) ） ? 傳播損失 ? 表面聲道 ? 表面聲道特征 ? 反轉(zhuǎn)深度、臨界聲線、跨度的概念 ? 傳播損失（ 近距離 /遠(yuǎn)距離 ） ? 深海聲道 ? 深海聲道特征 第五章知識(shí)要點(diǎn) College of Underwater Acoustic Engineering 3 ? 聲影區(qū)的概念 ? 傳播損失（ 近距離 /遠(yuǎn)距離 ） ? 深海負(fù)梯度 ? 聲線的特點(diǎn)與極限聲線 ? 幾何作用距離的概念 ? 深海負(fù)躍層 ? 概念 ? 對(duì)聲傳播的影響 ? 均勻淺海聲場(chǎng) ? 傳播損失與距離的關(guān)系（ 近 /中等 /遠(yuǎn)距離 ） ? 虛源表示的基本思想 College of Underwater Acoustic Engineering 4 ? 目標(biāo)強(qiáng)度（重點(diǎn)） ? 目標(biāo)強(qiáng)度概念 ? 剛性大球的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 常見(jiàn)聲納目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征（重點(diǎn)） ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 魚雷和水雷的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 魚的目標(biāo)強(qiáng)度 本章主要內(nèi)容 College of Underwater Acoustic Engineering 5 ? 目標(biāo)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量（重點(diǎn)） ? 比較法測(cè)量目標(biāo)強(qiáng)度 ? 直接法測(cè)量目標(biāo)強(qiáng)度 ? 應(yīng)答器法 ? 實(shí)驗(yàn)室測(cè)量 ? 常見(jiàn)聲納目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度（了解） ? 簡(jiǎn)單幾何形狀物體的目標(biāo)強(qiáng)度（了解） 本章主要內(nèi)容 College of Underwater Acoustic Engineering 6 ? 目標(biāo)回波（重點(diǎn)） ? 回波信號(hào)的形成 ? 回波信號(hào)的一般特征 ? 剛性球體的散射聲場(chǎng)（了解） ? 剛性不動(dòng)球體的聲散射 ? 剛性不動(dòng)微小球粒子對(duì)平面波的散射 ? 聲波在彈性物體上的散射（了解） ? 平面聲波在彈性球體上的散射 ? 彈性物體散射聲場(chǎng)的一般特征 本章主要內(nèi)容 College of Underwater Acoustic Engineering 7 本章主要內(nèi)容 ? 殼體目標(biāo)上的回波信號(hào)（了解） ? 穩(wěn)態(tài)回波信號(hào) ? 短脈沖入射時(shí)的回聲信號(hào) ? 用赫姆霍茨積分方法求解散射聲場(chǎng)（了解） ? 赫姆霍茲積分解 ? 菲涅爾半波帶近似法 College of Underwater Acoustic Engineering 8 ? 目標(biāo)強(qiáng)度 ? 目標(biāo)強(qiáng)度概念 ? 水下目標(biāo) 1） 軍事目標(biāo)：潛艇、魚雷、水雷 2） 民用目標(biāo)：魚群 3） 無(wú)限伸展非均勻體：深水散射層、海面、海底等 ? 研究聲納目標(biāo)回波特性 的 意義 A） 主動(dòng)聲納目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別的依據(jù) B） 對(duì)聲納設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用有重要意義 College of Underwater Acoustic Engineering 9 ? 目標(biāo)強(qiáng)度 ? 目標(biāo)強(qiáng)度概念 ? 定義：目標(biāo)強(qiáng)度 TS定量描述目標(biāo)聲反射本領(lǐng)的大小，其定義為 式中， 為入射聲波強(qiáng)度； 為離 目標(biāo)聲中心 1米處的回聲強(qiáng)度。 1rirIIlg10TS??iIrICollege of Underwater Acoustic Engineering 10 ? 目標(biāo)強(qiáng)度 ? 目標(biāo)強(qiáng)度概念 ? 目標(biāo)的聲中心：假想的點(diǎn)，可位于目標(biāo)的內(nèi)部或外部，回聲由該點(diǎn)發(fā)出。 ? 收發(fā)分置（ bistatic）：回聲強(qiáng)度是入射方向和回聲方向的函數(shù)。 ? 收發(fā)合置（ monostatic）：回聲強(qiáng)度僅是入射方向的函數(shù)，即為反向反射或反向散射。 提示 ：多數(shù)聲納為收發(fā)合置型的，本章主要討論反向反射情況下的目標(biāo)回聲問(wèn)題。 問(wèn)題 ：水下目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度是大于零還是小于零？為什么？ College of Underwater Acoustic Engineering 11 ? 目標(biāo)強(qiáng)度 ? 剛性大球的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 大球： ka1， k為波數(shù) ? 剛性：聲能不會(huì)透入球體內(nèi)部 ? 反射聲線：局部平面鏡反射定律 ? 理想反射體：聲能無(wú)損失地被球面所反射 到 范圍內(nèi)的入射聲功率： iii d s c o sθIdW ?ii dθθ ?iθii2 d θs in θπa2ds ?College of Underwater Acoustic Engineering 12 ? 目標(biāo)強(qiáng)度 ? 剛性大球的目標(biāo)強(qiáng)度 從 到 入射的聲波被限制 在 到 的范 圍內(nèi)。 散射聲功率： ii2rr d θ2θ2s inπr2IdW ????ii dθθ ?iθo?o 1?2?1θ 2θCollege of Underwater Acoustic Engineering 13 ? 目標(biāo)強(qiáng)度 ? 剛性大球的目標(biāo)強(qiáng)度 根據(jù)入射聲功率等于散射聲功率有： 求得 剛性大球的目標(biāo)強(qiáng)度 ： 結(jié)論 ： TS值與聲波頻率無(wú)關(guān)，只與球半徑有關(guān)。 提示 ：尤立克 《 水聲原理 》 應(yīng)用能量守恒進(jìn)行推導(dǎo) ri dWdW ?22irr4aII ?4alg10IIlg10TS 21rir ???College of Underwater Acoustic Engineering 14 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 問(wèn)題 ：潛艇不同方位的目標(biāo)強(qiáng)度是否一樣？ 正橫方向 艇首 College of Underwater Acoustic Engineering 15 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度與方位、頻率、脈沖寬度、深度和測(cè)量距離等因素有關(guān)。 ? 測(cè)試艇：柴油動(dòng)力潛艇 ? 時(shí)間：二戰(zhàn)前后。 ? 正橫方向： 12～ 40dB， 平均值 25dB 18艘潛艇正橫方向目標(biāo)強(qiáng)度直方圖 College of Underwater Acoustic Engineering 16 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 隨方位的變化 潛艇目標(biāo)強(qiáng)度與方位角關(guān)系曲線呈“蝴蝶形”圖形。 潛艇目標(biāo)強(qiáng)度隨方位的變化 College of Underwater Acoustic Engineering 17 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 隨方位的變化 1） 在艇的舷側(cè)正橫方向上，目標(biāo)強(qiáng)度值最大，達(dá)25dB，系由艇殼的 鏡反射 引起； 2） 在艇首和艇尾方向，目標(biāo)強(qiáng)度最小，約 10～ 15dB，系由艇殼和尾流的 遮蔽效應(yīng) 引起； 3） 在艇首和艇尾 20度附近，比相鄰區(qū)域高出 1～ 3dB，可能是由潛艇的艙室結(jié)構(gòu)的 內(nèi)反射 產(chǎn)生； 4） 在其它方向上呈圓形，系由潛艇的復(fù)雜結(jié)構(gòu)以及附屬物產(chǎn)生 散射 的多種疊加。 College of Underwater Acoustic Engineering 18 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 隨測(cè)量距離的變化 近距離處潛艇目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量值有可能小于遠(yuǎn)距離處的目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量值，其原因是： 1） 當(dāng)使用 指向性 聲納在近處進(jìn)行目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量時(shí)，由于指向性的關(guān)系，聲束不能照射到目標(biāo)的全部； 2） 某些幾何形狀比較復(fù)雜物體的回聲隨距離的 衰減規(guī)律 不同于點(diǎn)源聲場(chǎng)。 問(wèn)題 ：如何解釋？ College of Underwater Acoustic Engineering 19 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 隨測(cè)量距離的變化 以長(zhǎng)為 L的柱體 目標(biāo)強(qiáng)度測(cè)量為例： 近距離處 ： 遠(yuǎn)距離處 ： 過(guò)渡距離 ： 解得： 1/rAI ?22/ rBI ?200 // rBrA ?0ArB ?iIArTS /lg10 11 ?iIArTS /lg10 02 ?College of Underwater Acoustic Engineering 20 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 隨測(cè)量距離的變化 1）在近場(chǎng)（ 距離小于 ），回聲強(qiáng)度隨距離的衰減服從柱面波規(guī)律，即 。 2）在遠(yuǎn)場(chǎng)（ 距離大于 ），回聲強(qiáng)度隨距離的衰減服從球面波規(guī)律，即 。 3）若分別在近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，然后按照球面波規(guī)律歸算到距目標(biāo)聲中心 1m處，則結(jié)果必然是 遠(yuǎn)距離 測(cè)量值 大于 近距離 測(cè)量值。 提示 ： 為了要得到穩(wěn)定的測(cè)量結(jié)果，測(cè)量應(yīng)在遠(yuǎn)場(chǎng)進(jìn)行，即測(cè)量距離 。 0rr1?0r2r1?λLr 2?College of Underwater Acoustic Engineering 21 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 隨脈沖寬度的變化 設(shè)入射波脈沖長(zhǎng)度為 ，若物體表面上 A點(diǎn)和 B點(diǎn)所產(chǎn)生的回聲在脈沖寬度 內(nèi)被同時(shí)接收到，則有： 2cBD ?? 2csi nAB ?? ?????? ?? cL /sin2AB tt1t 2tCollege of Underwater Acoustic Engineering 22 ? 常見(jiàn)聲納 目標(biāo)的目標(biāo)強(qiáng)度的一般特征 ? 潛艇的目標(biāo)強(qiáng)度 ? 隨脈沖寬度的變化 1） 隨著脈沖長(zhǎng)度的增加，對(duì)回聲有貢獻(xiàn)的物體表面積相應(yīng)增大； 2） 脈沖長(zhǎng)度由短逐漸變長(zhǎng)時(shí)，目標(biāo)強(qiáng)度值也由小逐漸變大，直到脈沖長(zhǎng)度變?yōu)?