第4章典型传播条件下声传播课件

特点特点 从声源出发的声线向海底折射，不再反转回声源所在的水平面上，与前面介绍的波导传播情况相反，故称为反波导传播。1、深海负梯度zcrz1r1r2z存在一个与海面相切的极限声线；在极限声线以内为声亮区；在极限声线以外为声影区（直射声线无法达到）。特点1、深海负梯度zcrz1r1r2z存在一个与海面相切的1、深海负梯度1、深海负梯度 几何作用距离几何作用距离 从声源到观察点深度影区边缘的水平距离。1、深海负梯度 设声速分布的相对声速梯度为a，则几何作用距离：通常声影区不存通常声影区不存在通常意义上的在通常意义上的声线，可引入声线，可引入衍衍射声线射声线概念。概念。几何作用距离1、深海负梯度 设声速分布的相对声速梯度为a 特点特点 声速显著减小的水层。声线通过负跃层时，声线明显弯曲，声强减弱，对声纳作用距离影响很大。声道模型声道模型 负跃层上方介质声速为 ，下方介质声速为 ，且 ，负跃层较薄。2、深海负跃层 特点2、深海负跃层 声线经过负跃层折射后，波阵面展宽，声强减弱。2、深海负跃层zc1rc2H1H2r1rr2设声源位于层上方 ，则可求得传播至层下方 水平距离r：声线经过负跃层折射后，波阵面展宽，声强减弱。2、深海 设声源单位立体角的辐射功率为W，则射线声学声强公式为：2、深海负跃层若接收点位于负跃层的下方邻近：若接收点位于负跃层的上方邻近，声线未形成折射：设声源单位立体角的辐射功率为W，则射线声学声强公式为：经跃变层的传播损失为：2、深海负跃层声波经过负跃层引起声能损失 当 （相当水温有10以上变化）时，声源掠射角 ，则 ；声源掠射角 ，则 。经跃变层的传播损失为：2、深海负跃层声波经过负跃层引浅海与深海的划分原则浅海与深海的划分原则 海底对声传播影响的程度来划分；深海可忽略海洋界面对声传播的影响；浅海的声传播明显受海面和海底边界的影响。浅海声场浅海声场 直达声和海底、海面反射声叠加，比深海声场复杂。3、均匀浅海声场浅海与深海的划分原则3、均匀浅海声场浅海平均声强浅海平均声强 声线经过多次海面、海底反射，考虑海面、海底反射引入的损失，同时也计入海水介质声吸收，引入衰减因子：3、均匀浅海声场 为海水介质的吸收系数；为声线对海底或海面的反射次数，对于远距离传播，海底和海面的反射次数近似相等；为海底反射系数；为海面反射系数。浅海平均声强3、均匀浅海声场 为海水介质的吸收系数；平均声强：3、均匀浅海声场平均声强：3、均匀浅海声场（1 1 1 1）硬底、声速均匀浅海）硬底、声速均匀浅海）硬底、声速均匀浅海）硬底、声速均匀浅海 3、均匀浅海声场声速均匀绝对反射声线跨度：平均声强：（1）硬底、声速均匀浅海3、均匀浅海声场声速均匀绝对反射声线（2 2 2 2）海底有吸收的均匀浅海）海底有吸收的均匀浅海）海底有吸收的均匀浅海）海底有吸收的均匀浅海 3、均匀浅海声场海底反射系数：海底三参数模型中的Q（2）海底有吸收的均匀浅海3、均匀浅海声场海底反射系数：（2 2 2 2）海底有吸收的均匀浅海）海底有吸收的均匀浅海）海底有吸收的均匀浅海）海底有吸收的均匀浅海 3、均匀浅海声场考虑海底声吸收，海底声速为复数，则可求得：可由试验数据求得平均声强：3/2次方规律衰减（2）海底有吸收的均匀浅海3、均匀浅海声场考虑海底声吸收，海（3 3 3 3）3/23/23/23/2次方衰减率的适用距离次方衰减率的适用距离次方衰减率的适用距离次方衰减率的适用距离 3、均匀浅海声场掠射角 的最大有效值量级为：传播简正波的总数：（3）3/2次方衰减率的适用距离3、均匀浅海声场掠射角 的（3 3 3 3）3/23/23/23/2次方衰减率的适用距离次方衰减率的适用距离次方衰减率的适用距离次方衰减率的适用距离 3、均匀浅海声场根据计算平均声强的要求：最大距离满足：（3）3/2次方衰减率的适用距离3、均匀浅海声场根据计算平均3、均匀浅海声场 此时仅有一阶简正波对声场有贡献，利用声场的简正波解可导出声强的衰减规律。经数学推导：（4 4 4 4）时声强衰减率规律时声强衰减率规律时声强衰减率规律时声强衰减率规律 若考虑海面反射损失，则有：3、均匀浅海声场 此时仅有一阶简正波对声场有贡献，利用声传播损失传播损失声强随距离衰减平均规律（1）球面扩展3、均匀浅海声场（2）3/2次方衰减率介质吸收（3）柱面扩展介质吸收界面吸收传播损失3、均匀浅海声场（2）3/2次方衰减率介质吸收（3传播损失传播损失半经验公式3、均匀浅海声场距离参数km海水深度m混合层厚度m（1）近距离rR（2）中等距离Rr8R近场异常衰减dB海水吸收系数dB/km浅海衰减系数dB/km传播损失3、均匀浅海声场距离参数km海水深度m混合层厚度m（浅海声场的虚源表示浅海声场的虚源表示射线理论：将海面和海底的反射声线视为由各自的虚源发出的声线，虚源数目与考虑的声线反射次数有关，数目趋于无穷，则求得浅海总声场。（1）硬底均匀浅海 假设浅海声速均匀层深为H，海面为平整自由界面，海底为平整硬界面。3、均匀浅海声场浅海声场的虚源表示3、均匀浅海声场（1）硬底均匀浅海 3、均匀浅海声场点源 位于坐标 处，观察点位于坐标 处，归一化的直达波声压：海底一次反射声线，它由虚源 发射声线，与直达声叠加：（1）硬底均匀浅海 3、均匀浅海声场点源 位于坐标（1）硬底均匀浅海 3、均匀浅海声场 前面求得的声压满足下界面条件，但不满足上界面条件。考虑上界面，需引入再两个虚源 和 ：海底海面海面（1）硬底均匀浅海 3、均匀浅海声场 前面求得的声（1）硬底均匀浅海 3、均匀浅海声场 前面求得的声压满足上界面条件，但不满足下界面条件，恢复下界面对称性，需再叠加两个虚源 和 ：海底海面海面海底海底（1）硬底均匀浅海 3、均匀浅海声场 前面求得的声（1）硬底均匀浅海 3、均匀浅海声场 六点源关于海底界面对称，满足下界面边界条件，破坏了上界面对称性。需继续增加虚源对数。每增加一对虚源，相应于多计入一次海面或海底的反射声线。虚源阶数越高，声线经过海面和海底反射次数越多，虚源离观察点距离越远，对合成声压贡献越小。则总声场可写为：（1）硬底均匀浅海 3、均匀浅海声场 六点源关于海（2）一般均匀浅海 3、均匀浅海声场 若令 为下界面的声压反射系数，为上界面的声压反射系数，不同虚源声线有不同的入射角 。如果假设反射系数与声线入射角无关，则有：即使反射系数与声线入射角有关，则上式也近似成立。（2）一般均匀浅海 3、均匀浅海声场 若令 为下注意：4、浅海表面声道前面我们介绍的表面声道有关计算适用于深海表面声道情况。浅海表面声道形成：在冬季，由于冷空气和风浪搅拌作用，浅海也经常形成表面声道（等温层或弱正声速梯度分布）。浅海表面声道，除了翻转声线外，还有经海底反射的声线存在，该声线以较小掠射角入射到海底，反射信号较强，对浅海表面声道的声传播有明显影响。注意：4、浅海表面声道前面我们介绍的表面声道有关计算4、浅海表面声道浅海表面声强可表示为：海底反射声线平均声强反转声线平均声强由于计入海底反射的贡献，浅海表面声道的传播损失小于深海表面声道的传播损失。4、浅海表面声道浅海表面声强可表示为：海底反射声线平均声强4、浅海表面声道转换距离确定：反射简正波声场占主导地位反转简正波声场占主导地位结论4、浅海表面声道转换距离确定：反射简正波声场占主导地位反转THE ENDTHE END作业作业作业1均匀浅海声道中的简正波是如何形成的？说明简正波的特性。2浅海和深海是如何定义的？作业1均匀浅海声道中的简正波是如何形成的？说明简正波的特性