【正文】 試證水平發(fā)出的聲線穿過的水層厚度為 d時(shí)，它在水平方向前進(jìn)的距離為 0c? ? 2102 gdcr ?。 ? ? ? ? ? ?zrIzrIzrI , 21 ??? ?zrI ,1? ?zrI ,2College of Underwater Acoustic Engineering 76 課堂小測驗(yàn)二 1. 假設(shè)海水中的聲速分布如下圖，試畫出幾條典型聲線軌跡圖。 淺海表面聲道中的兩類聲線 College of Underwater Acoustic Engineering 75 ? 淺海表面聲道 將淺海表面聲道的平滑平均聲強(qiáng)表示為： 式中， 為反轉(zhuǎn)聲線的平均聲強(qiáng)， 為海底反射聲線的平均聲強(qiáng)。因此，需繼續(xù)增加虛源對數(shù)； ? 每增加一對虛源，相應(yīng)于多計(jì)入一次海面或海底的反射聲線； ? 虛源階數(shù)越高，聲線經(jīng)過海面和海底的反射次數(shù)越多，虛源離觀察點(diǎn)距離越遠(yuǎn)，對合成聲壓貢獻(xiàn)越小。點(diǎn)源 位于坐標(biāo) ，觀察點(diǎn)位于坐標(biāo) 處。 Rr 8?LT kHHrrrTL ????????? ???? ??College of Underwater Acoustic Engineering 67 ? 淺海聲場的虛源表示式 ? 基本思想 ? 將海面和海底的 反射聲線 視為由各自的 虛源發(fā)出的 聲線 ，虛源 數(shù)目 與考慮的聲線反射 次數(shù) 有關(guān)，數(shù)目趨于無窮，則可求得淺海總聲場。 結(jié)論 ：聲波經(jīng)過負(fù)躍層引起聲能損失。 ? 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。 22212211111 ?????? ??????????????? ??????????? zaazaarrDaz /11 ??azr 112?azr 22 ?azzD /)22( 1 ??College of Underwater Acoustic Engineering 60 ? 深海負(fù)躍層 ? 負(fù)躍層特點(diǎn) ? 聲速顯著減小的水層。 波動理論的解釋 ： 1）會聚現(xiàn)象是焦散線上大量同相簡正波的疊加結(jié)果； 2）同相疊加的簡正波數(shù)目越多，會聚增益越大； 3）會聚增益也與簡正波的深度分布函數(shù)有關(guān)，即與深度 z有關(guān)。 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 ? ? rrWrrWImm?????? ??2s i n2r?rrrWIG??44 2 ??GA lg10? College of Underwater Acoustic Engineering 53 其中， 為球面擴(kuò)展的傳播損失； TL為會聚區(qū)的傳播損失。 注意 ： 會聚區(qū) 寬度隨會聚區(qū)序號增加而 變寬 ， 影區(qū) 寬度隨影區(qū)序號增加而 變窄 。 ? 聲影區(qū)： 反轉(zhuǎn)折射 聲線無法到達(dá)的區(qū)域，稱為聲影區(qū)。 College of Underwater Acoustic Engineering 49 ? 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)： iiAA ?iCCollege of Underwater Acoustic Engineering 50 ? 聲道信號的基本特征 ? 會聚區(qū)和聲影區(qū) ? 會聚區(qū)：在海面附近形成高聲強(qiáng)焦散的區(qū)域。 ? 地中海、黑海、日本海 :100~300米 ? 我國南海：接近 1000米 ? 大西洋中部： 1100~1400米 ? ? ? ?? ?? ??? ? ???? ? 110 eczcCollege of Underwater Acoustic Engineering 45 ? 深海聲道的典型聲速分布 ? 線性聲速分布模型 ? ? ? ?? ?? ?? ?????????????????HzHzacHzHzacHzHczc1020011? ? ? ?? ?????????01011020zzaczzaczcCollege of Underwater Acoustic Engineering 46 ? 聲道信號的基本特征 ? 聲線和信號波形 我國南海深海聲道聲速分布與聲線軌跡圖 College of Underwater Acoustic Engineering 47 ? 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 傳播聲線最 密集 ，攜帶能量 最大 。例如進(jìn)行大地測量、確定導(dǎo)彈濺落點(diǎn)的位置。利用深海聲道效應(yīng)可以有效地定位和測距。 ? 受季節(jié)影響小，聲道效應(yīng)穩(wěn)定。 若考慮海水介質(zhì)聲吸收和聲泄漏引起的衰減，聲道的傳播損失為： ? ?02 zHam ???21 nc ???0z? ? 30 10lg10lg10 ?????? rrrTL L??College of Underwater Acoustic Engineering 41 ? 傳播損失的經(jīng)驗(yàn)公式 ? Baker給出的表面聲道 TL的經(jīng)驗(yàn)公式： ? 近距離： ? 遠(yuǎn)距離： 吸收系數(shù)： 漏聲系數(shù)： ? ? ,3 2 5 21Hr ? ? ? 310lg20 ????? rrTL L??? ? ,3 2 5 21Hr ? ? ? ??????? rHrTL L?????????? ?????? TTTfffffffff 222233 0 2 6 8 4 5 0 5 7 6 7 6 9 4 ?? ?? ? ? ? nL Htf 4 5 221???College of Underwater Acoustic Engineering 42 ? 右圖為混合聲道聲強(qiáng)級沿深度的變化： ? 混合層 內(nèi)聲強(qiáng)值 大于 球面擴(kuò)展的聲強(qiáng)值，傳播損失小于球面波的傳播損失； ? 在 混合層以下 聲強(qiáng) 小于 球面擴(kuò)展聲強(qiáng)，傳播損失顯著增加； ? 聲波 頻率越高 ，離表面聲道的截止頻率越遠(yuǎn)，聲道現(xiàn)象 越明顯 。 aHHcf s8890 ?988m a xaHH??College of Underwater Acoustic Engineering 37 ? 傳播損失 設(shè)表面聲道中有一無方向性點(diǎn)源，在表面聲道中作遠(yuǎn)距離傳播的聲線掠射角 ，離點(diǎn)聲源單位距離處，在 到 范圍內(nèi)的聲束能量分布在面積 上： mm ??? ???m?? m?1ACollege of Underwater Acoustic Engineering 38 ? 傳播損失 在遠(yuǎn)距離 處， 忽略 介質(zhì) 吸收 和 聲漏射 （聲波海面散射引起的），聲束能量分布在高度為 、半徑為 的圓柱面積 上： 通過面積 和 的功率是相同的，則距離 處的聲傳播損失為： mmmdA ????? ?? s i n4c o s21 ?? ??rHr 2ArHA ?22 ?2A1A012 lg10s i n2lg10lg10 rrrHAATLm??