[工學(xué)]水聲學(xué)原理第一章-免費(fèi)閱讀
【正文】 1 0 l o gE S L ???供聲吶方程使用的有效聲源級(jí)為： 039。 曲線 A、 B、 C由海上測(cè)得，由該圖可以查處不同F(xiàn)OM下聲吶作用距離。 42 例二： 設(shè)一被動(dòng)探潛聲吶，目標(biāo)潛艇以 60分貝的發(fā)射聲源級(jí)發(fā)射 500Hz的線譜，另 一觀察艇相距 r處，用無(wú)指向性水聽(tīng)器作被動(dòng)測(cè)聽(tīng)，設(shè)備的檢測(cè)閾為 8分貝。這樣單水聽(tīng)器接收的信號(hào)信噪（混）比為： (SNR)in=SL2TL+TSRL 混響背景下： 噪聲背景下： (SNR)in=SL2TL+TSNL 加上聲吶系統(tǒng)的空間增益 GS(DI)和時(shí)間增益 GT可以得到輸出信噪（混）比： (SNR)out=SL2TL+TSNL+GS+GT 得到主動(dòng)聲吶方程： SL2TL+TSNL+GS(DI)+GT＝ DT 混響背景下： SL2TL+TSRL+GS(DI)+GT＝ DT 噪聲背景下： 39 值得注意的是： 上述的主動(dòng)聲吶方程適用于收發(fā)合置的聲吶，對(duì)于收發(fā)分置的多基地聲 吶，信號(hào)的傳播損失一般是不同的，不能用簡(jiǎn)單的 2TL表示往返的傳播損失。現(xiàn)將它們置于單位立體角內(nèi) 的噪聲功率為 Ii的各向同性噪聲場(chǎng)中，此時(shí)無(wú)指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的均方電壓 是： 4R4N i im I d m I??? ? ??有指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的均方電壓是： 44R ( , ) ( , )D i im I b d m I b d??? ? ? ?? ? ? ???441 0 l o g 1 0 l o g( , )DIbd?????????????? ??? ?????NDRR則： ( , )b?? 歸一化聲束圖案函數(shù) 36 檢測(cè)閾 DT 聲吶設(shè)備的接收器工作在噪聲環(huán)境中，既接收聲納信號(hào)，也接收背景噪聲，相應(yīng) 地其輸出也由這兩部分組成。 I0是參考聲強(qiáng)。 由聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)可知 ， 目標(biāo)回波的特性除和聲波本身的特性如頻率 、 波陣面形狀等因素有關(guān)外 ， 還與目 標(biāo)的特性如幾何形狀 、 組成材料等有關(guān) ， 也就是說(shuō) ， 即使是在同樣的入射波照射 下 ， 不同目標(biāo)的回波也將是不一樣的 。 見(jiàn)上圖 ． 則指向性發(fā)射器的發(fā)射指向性指數(shù) DTI 10 log DTNDIDII? 可見(jiàn)，發(fā)射指向性指數(shù) DIT實(shí)際上就是在相同的距離上，指向性發(fā)射器聲軸上 的聲級(jí)高出無(wú)指向性發(fā)射器輻射聲場(chǎng)聲級(jí)的分貝數(shù)。 27 聲吶方程中的各種參數(shù) 在聲吶方程中出現(xiàn)的聲吶參數(shù)可分為三類： 由聲吶系統(tǒng)決定的參數(shù)，包括：聲源級(jí) SL：、 自噪聲級(jí) NL、 空間增益 GS（或 DI）、 時(shí)間 增益 GT、 檢測(cè)閾 DT； 取決與被探測(cè)目標(biāo)的參數(shù)，包括：輻射聲源級(jí) SL、 目標(biāo)強(qiáng)度 TS； 取決于環(huán)境的參數(shù)，包括：傳播損失 TL、 海洋環(huán)境噪聲級(jí) NL、 等效平面波混 響級(jí) RL 其中兩對(duì)參數(shù)用了相同的符號(hào) (SL與 NL)， 因?yàn)樗鼈儽举|(zhì)上是相同的。 檢測(cè)閾 ( DT ) 指向性指數(shù) ( DT ) 噪聲級(jí) ( NL ) 傳播損失 ( TL ) 聲源級(jí) ( SL ) 檢測(cè)閾 ( DT ) 指向性指數(shù) ( DI) 聲源 聲源級(jí) ( DT ) 噪聲級(jí) ( NL ) 傳播損失 ( TL ) 傳播損失 ( TL ) 目標(biāo)強(qiáng)度 ( TS ) 噪聲級(jí) ( NL ) 被動(dòng)聲吶 主動(dòng)聲吶 26 聲吶是為了完成特定使命而構(gòu)成的水聲系統(tǒng)。 ISO規(guī)定 1~10Hz之間劃分 10個(gè)頻段，中心頻率為： 1::::::::::。定義單位頻帶寬度 1Hz內(nèi)的聲強(qiáng)度為聲強(qiáng)譜密度，用函數(shù) 表示。 若背景干擾比總聲級(jí)低 10dB以上就可以不修正。 其結(jié)果是對(duì)相干疊加的一種平均 。但是，它又是一個(gè)波動(dòng)場(chǎng)，既有振幅又有相位。 13 分貝表示的特點(diǎn) 物理量的乘除運(yùn)算變成加減運(yùn)算。他們是： 000 L 20 l og( ) dB L 10 l og( ) dBL 10 l og( ) dBpIWppIIWW???聲 壓 級(jí) ：聲 強(qiáng) 級(jí) ：聲 功 率 級(jí) ：參考值 11 : 注意參考值不同產(chǎn)生的聲級(jí)差別 : 1971年以前曾用： =20μ Pa＝ 2 10－ 4達(dá)因 /厘米 2，換算到現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)要加 26分貝。主要有：艏部主、被動(dòng)綜合聲吶；被動(dòng)測(cè)距聲吶；舷側(cè)陣聲吶；拖曳線列陣聲吶。聲隱身性能是潛艇水下隱蔽性的核心。聲圖象模糊。 ?聲波是迄今為止在水中唯一能有效地遠(yuǎn)距離傳遞信息地物理場(chǎng)。 ? 電磁波在水中的衰減： 不能在水中遠(yuǎn)距離傳播 ? 聲波由于介質(zhì)吸收引起的衰減： 能遠(yuǎn)距離傳播 ? 聲波與電磁波衰減之比： ? 10kHz聲波水中衰減僅約 1分貝 /公里 電磁波為 4500分貝 /公里 ? 其它物理場(chǎng)：磁場(chǎng)、水壓場(chǎng)、尾流場(chǎng)、溫度場(chǎng)，也是可以檢測(cè)，但可檢測(cè)距離大 致與源本身尺度同一量級(jí)，不能在水中遠(yuǎn)距離傳遞信息。 。 5 、水聲技術(shù)的發(fā)展歷史 1490年 達(dá)芬奇就提出聲納的原始概念 泰坦尼克號(hào)的沉沒(méi)，開(kāi)始最初的聲納設(shè)計(jì) 第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)促進(jìn)了一系列軍用聲納的發(fā)展（值得一提的是郎之萬(wàn)在換能器上的貢獻(xiàn)，并測(cè)得了水中 1500米外潛艇回波） 一戰(zhàn)和二戰(zhàn)之間水聲工程一直緩慢而穩(wěn)步發(fā)展 ,最大的成就是對(duì)海洋聲傳播機(jī)理的認(rèn)識(shí)。 ?水面艦聲吶：艦艏聲吶；變深拖曳聲吶；拖曳線列陣聲吶。 ＝ 1 達(dá)因 /厘米 2＝ 1μ b（ 微巴）＝ 10－ 5μ Pa， 換算到現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn) 要加 100分貝。 例如在聲學(xué)測(cè)量中，用靈敏度等于 S 伏 /μ Pa的水聽(tīng)器接收，經(jīng)過(guò)放大倍數(shù)等于 K的放大器放大后得到電壓 V伏。 相干疊加： 當(dāng)兩個(gè)以上的有規(guī)聲波疊加時(shí)要同時(shí)計(jì)及振幅和相位，若是同頻率的聲波疊加會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。 所以 ， 能量疊加是噪聲場(chǎng)疊加的基本原則 。 L?nLL?19 對(duì)噪聲級(jí)進(jìn)行多次測(cè)量需要計(jì)算其平均值 。譜 密度的分貝表示稱為譜密度級(jí)。這樣的取值得好處是，可使每隔 10個(gè) 1/3倍頻程頻段的兩端頻率正好相差 10倍，還可以使每隔 3個(gè) 1/3倍頻程頻段為一個(gè) 1/1倍頻程頻段。它的性能取決于 目標(biāo)、傳輸信 道和接收、處理設(shè)備 的特性。這些參數(shù)都用分貝（ dB） 表示，通常還與頻率有關(guān)。 DIT值愈大，就表示了聲能 在聲軸方向集中的程度愈高，也就是獲得了一定的空間增益，也可以表述為 GS
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