【正文】 ，信號的傳播損失一般是不同的，不能用簡單的 2TL表示往返的傳播損失。 主動聲吶要經(jīng)受雙層傳播損失，這時主動聲吶探測距離受到限制的重要原 因。 以上給出的主動聲吶方程與傳統(tǒng)的聲吶方程形式形式上有差別，主要是在 聲吶發(fā)展中基陣處理以及時間處理得到發(fā)展，我們考慮了基陣的空間增益 GS 和時間增益 GT。 一般來說，利用聲吶方程的目的是要從中求出聲吶的作用距離，因此我們定義： 2S L TS NL G S G T D TF O M ? ? ? ? ??優(yōu)質(zhì)因素 FOM(Figure Of Merit） FOM不僅與聲吶系統(tǒng)有關(guān)，還與海洋環(huán)境有關(guān)。令 ()F O M T L r?便可求出 r。 40 被動聲吶方程 對于被動聲吶信號級是目標(biāo)輻射噪聲經(jīng)過信道傳輸后到達聲吶基陣的值，可以 表示為 SLTL。 干擾級是聲吶平臺自噪聲和海洋環(huán)境噪聲級 NL。 因此單水聽器 接收到的信號為： SLTLNL， 信噪比為： (SNR)in=SLTLNL 經(jīng)過聲吶基陣信號處理，獲得空間增益 GS（ DI） 和時間增益 GT， 得到輸出信噪比： (SNR)out=SLTLNL＋ GS＋ GT 被動聲吶方程： SLTLNL＋ GS＋ GT＝ DT 檢測閾 ( DT ) 指向性指數(shù) ( DI ) 噪聲級 ( NL ) 傳播損失 ( TL ) 聲源級 ( SL ) 被動聲吶方程優(yōu)質(zhì)因素： FOM＝ SLNL＋ GS＋ GT－ DT 41 聲吶方程的基本應(yīng)用 例一： 設(shè)一靜止?fàn)顟B(tài)工作方式的聲吶站，發(fā)射聲源級為 115分貝，對一個目標(biāo)強 度為 15分貝，并位于足夠遠的目標(biāo)進行探測，在這一段距離上的總單程傳播衰減 為 81分貝，聲吶所在的海洋環(huán)境噪聲和本身總噪聲級為－ 40分貝，接收具有指向 性，指向性指數(shù)為 12分貝，求該設(shè)備需要多大的檢測閾才能可靠探測目標(biāo)？ 解： 已知 SL=115dB, TL=81dB ,NL=40dB,GS（ DI） =12dB,TS=15dB 由于在噪聲背景下探測目標(biāo)：使用下列主動聲吶方程： SL2TL+TSNL+DI＝ DT 1152*81+15(40)+12=DT DT=20dB 結(jié)果表明該設(shè)備的輸入信噪比在 20dB時才可能可靠檢測到目標(biāo)。 42 例二： 設(shè)一被動探潛聲吶，目標(biāo)潛艇以 60分貝的發(fā)射聲源級發(fā)射 500Hz的線譜，另 一觀察艇相距 r處，用無指向性水聽器作被動測聽，設(shè)備的檢測閾為 8分貝。觀察艇 在 500Hz的噪聲級為 34分貝，求在距離 r上有多大傳播衰減時才能可靠測聽？ 設(shè)該設(shè)備作為被動測聽，所用聲吶方程為被動聲吶方程。 SLTLNL＋ GS＋ GT＝ DT 可以得到： TL=(DTSLGS(DI)+NLGT) 這里： SL=60dB,DT=8dB,GS(DI)=0,NL=34dB,GT=0可以得到： TL=(8600340)=86dB 結(jié)果表明單程傳播損失小于 86dB才可能可靠測聽。 43 例三：聲吶作用距離估計 利用聲吶方程可以估算聲吶的作用距離，但要注意，聲吶方程中有一部分參數(shù)是與海洋環(huán)境有關(guān)的，同一部聲吶（也就是 GS＋ GT一樣）在不同的海區(qū)和不同季節(jié)，作用距離可能相差很大。計算作用距離時，有兩種結(jié)果一樣但方法不同的估計。 第一種是由傳播損失計算距離，另一種是把傳播損失由近及遠畫出，用FOM求聲吶距離。 傳播損失一般可以通過 理論估計 或 實際測量得到 。下圖 1給出同一聲吶在不同水文條件下的作用距離，可見與海域、頻率有關(guān)，圖 2給出典型估計作用距離的圖（ 500Hz）。 曲線 A、 B、 C由海上測得，由該圖可以查處不同F(xiàn)OM下聲吶作用距離。 500Hz 44 假設(shè)一部艦用主動聲吶工作頻率為 500Hz， 發(fā)射功率 1kW， 發(fā)射指向性指數(shù) DIT=15dB,接收機空間增益 GS＝ 12dB， 時間增益 GT=8dB,目標(biāo)強度 TS=15dB,檢 測閾 DT=6dB,聲吶平臺噪聲大于環(huán)境噪聲為 NL=78dB,那么聲吶的作用距離？ 首先計算聲吶聲源級： 1 0 l o g 1 7 0 . 7 7 3 0 1 7 0 . 7 7 1 5 2 1 5 . 7 7 d BaTS L P D I? ? ? ? ? ? ?那么得到聲吶的優(yōu)質(zhì)因素 FOM： 2 1 5 .7 7 1 5 7 8 1 2 8 6 8 3 .4 d B22S L TS NL G S G T D TF O M ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?求距離： 估算方法 1：假設(shè)傳播是理論上無吸收按球面波擴展， TL＝ 20logr， 根據(jù) FOM可以得到作用距離： F O M 8 3 . 42 0 2 01 0 1 0 1 4 . 8 k mr ? ? ?估算方法 2：假設(shè)是在上圖的海域中工作，則可以查圖得到， A海域 r=34km B海域 r=22km,C海域 r=15km 45 使用聲吶方程應(yīng)該注意問題 聲吶方程在聲吶設(shè)計和對聲吶性能預(yù)報中起到重要作用，但使用時以下是需 要注意的問題。 聲吶方程是用聲強度來描述的，含有能量平均的意思。因此只具有平均意義，無法描述聲吶的統(tǒng)計特性，而聲吶系統(tǒng)恰恰是工作在復(fù)雜多變、隨機環(huán)境中，因此聲吶方程不能精確描述現(xiàn)代聲吶的特性。 由聲學(xué)知識可以知道，聲強是聲能流在某一時間間隔內(nèi)的平均值： 01 TI pud tT? ?式中， T是時間間隔， p， u分別是介質(zhì)中的聲壓和介質(zhì)質(zhì)點的振速。但是，我們知道，當(dāng)聲源發(fā)射的聲信號是很短的脈沖信號時．由于介質(zhì)的傳播效應(yīng)和目標(biāo)反射的物理效應(yīng)、接收到的回波聲信號波形會產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，式所示的平均值會得到不確定的結(jié)果．所以，該式就不再適用。作為一種常用的近似，可以在時間區(qū)間 T內(nèi)對聲波的能流密度求平均而得到聲強，即將上式改寫成： EIT? 0E pud t?? ?46 值得注意的是，對于長脈沖聲納，區(qū)間 T即為發(fā)射脈沖寬度，而且回波脈沖寬度也大體等于此值；但對于短的瞬變脈沖聲納信號，區(qū)間 T一般是不確定的，回聲寬度與發(fā)射寬度相差甚大。 尤立克研究了短脈沖信號下聲納方程是否還適用的問題，指出聲納方程的強度形式仍然適用，只要將聲源級改寫成如下形式： 1 0 l o g 1 0 l o g eS L E ???對于時間區(qū)間 T0發(fā)射恒定聲源級 SL’的矩形脈沖，脈沖能量密度是平均聲強與其脈沖寬度的乘積： 01 0 l o g 39。 1 0 l o gE S L ???供聲吶方程使用的有效聲源級為： 039。 10 l ogeSL SL ????0e t m? ? ? ?? ? ?為回波寬度， t? 是 多 途 效 應(yīng) 引 起 的 展 寬m? 是 目 標(biāo) 尺 度 引 起 的 展 寬47 聲吶總是工作在有限帶寬內(nèi)的，而且往往是窄帶，因為窄帶濾波是抗干擾 的最為有效手段。所以聲吶參數(shù)一般定義在 1Hz帶寬內(nèi)，當(dāng)接收系統(tǒng)具有一定帶 寬時要進行帶寬修正，即加 。 10log f?