水声学第一章-绪论课件

水声学第一章 绪论第一章 绪论 上半部水声学的基本内涵水声学的发展简史水声学的主要研究内容水声的主要应用本课程的主要内容1、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵1.1 1.1 水声学的定义水声学的定义水声学主要研究声波在水下的辐射、传播与接收，用以解决与水下目标探测目标探测和信息传输信息传输过程有关的各种声学问题声学问题。声辐射声辐射声传播声传播声接收声接收海洋环境海洋环境海底海底海面海面海水海水1.2 1.2 水声学基本内涵水声学基本内涵水声学是围绕水声技术水声技术、水声对抗技术水声对抗技术和水声工程水声工程的基本需求来开展科学研究的 水声技术水声技术利用声波作为信息载体来实现水下探测、定位、导航和通信的原理与方法水声对抗技术水声对抗技术在军事上，对抗水下声探测、定位、导航和通信的技术措施与手段水声工程水声工程水声技术和对抗技术的工程目标实现磁场：作用距离在磁场：作用距离在100米以内米以内光：作用距离近光：作用距离近10米到米到100米米声波：声波：1分贝/公里，10kHz 频率电磁波：衰减电磁波：衰减4500分贝/公里结论：声波是目前唯一已知的水下远距结论：声波是目前唯一已知的水下远距离信息传输的有效载体离信息传输的有效载体1.3 1.3 各种波在水下的衰减各种波在水下的衰减1.4 1.4 声波在水下传播最有效声波在水下传播最有效ATOC-海洋气候声层析海洋气候声层析ATOC实验实验-低频声源低频声源ATOC实验实验-声波传播路径声波传播路径2、水声学发展简史、水声学发展简史2.1 2.1 水声学发展历史水声学发展历史水声学起源水声学起源 1490年，达.芬奇摘记中提出用长管听远处航船水声学第一次定量测量水声学第一次定量测量 1827年，瑞士物理学家 D.Colladon 和法国数学家 C.Sturm合作，在日内瓦湖测 量了水中的声速。1840年，焦耳发现了磁致伸缩效应。年，焦耳发现了磁致伸缩效应。1880年，皮埃尔年，皮埃尔.居里发现了压电效应。居里发现了压电效应。压电陶瓷压电陶瓷-PZT（锆钛酸铝）（锆钛酸铝）2.1 2.1 水声学发展历史水声学发展历史压电效应压电效应1912年，年，英国人英国人Alexander Belm描述了回声定位设备。描述了回声定位设备。1912年，英国人年，英国人L.F.Richardon提出了回声定位方案（英国提出了回声定位方案（英国专利）。专利）。2.1 2.1 水声学发展历史水声学发展历史nThe first working sonar system was designed and built in the United States by Canadian Reginald Fessenden in 1914.The Fessenden sonar was an electromagnetic moving-coil oscillator that emitted a low-frequency noise and then switched to a receiver to listen for echoes.It was able to detect an iceberg underwater from 2 miles away,although with the low frequency,it could not precisely resolve its direction.2.1 2.1 水声学发展历史水声学发展历史nPowerful high frequency ultrasonic echo-sounding device was developed by emminent French physicist Paul Langvin and Russian scientist Constantin Chilowsky.They called their device the hydrophone.The transducer of the hydrophone consisted of a mosaic of thin quartz crystals glued between two steel plates with a resonant frequency of 150 KHz.Between 1915 and 1918 the hydrophone was further improved in classified research activities and was deployed extensively in the surveillance of German U-boats and submarines.The first known sinking of a submarine detected by hydrophone occurred in the Atlantic during World War I in April,1916.2.1 2.1 水声学发展历史水声学发展历史1925年，年，研制出用于船舶导航水声设备研制出用于船舶导航水声设备回声测深仪。回声测深仪。第二次世界大战促进了水声技术的飞速发展。第二次世界大战促进了水声技术的飞速发展。2.1 2.1 水声学发展历史水声学发展历史二战以后的水声技术与水声学二战以后的水声技术与水声学传感器技术传感器技术拖曳线列阵技术拖曳线列阵技术水声信号处理技术水声信号处理技术水声物理学研究水声物理学研究减振降噪与隐身技术减振降噪与隐身技术2.1 2.1 水声学发展历史水声学发展历史1959年，中苏联合水声考察年，中苏联合水声考察1994年，南海水声考察年，南海水声考察2002年，海洋通量测量年，海洋通量测量2.1 2.1 水声学发展历史水声学发展历史3、水声学主要研究对象、水声学主要研究对象水声学的主要研究内容水声学的主要研究内容水声学水声物理水声工程水声系统水声技术水声物理水声物理海洋环境声特性海洋环境声特性海水（声学特性）海底与海面（声学特性）水声传播（规律）水声传播（规律）混响、噪声、散射、声起伏混响、噪声、散射、声起伏对声纳设备工作的影响对声纳设备工作的影响水声物理研究水声物理研究水声物理研究水声物理研究水声换能器水声换能器水声基阵水声基阵F水声换能材料F水声换能器设计原理与方法F水声换能器工艺F声基阵成阵技术F水声换能器校准计量水声系统水声系统英国国家物理实验室英国国家物理实验室耦合腔校准系统耦合腔校准系统中频校准水池定位系统中频校准水池定位系统高压消声水池高压消声水池湖上试验场及其安装设备和测量系统湖上试验场及其安装设备和测量系统4、水声学的主要应用、水声学的主要应用军事领域n水雷引信水雷引信n声制导鱼雷声制导鱼雷n探雷声纳探雷声纳n小目标定位声纳小目标定位声纳n通信声纳通信声纳n航空吊放声纳（浮标声纳）航空吊放声纳（浮标声纳）n拖曳声纳拖曳声纳n拖曳线列阵声纳拖曳线列阵声纳n水声导航声纳水声导航声纳安静型潜艇探测的需求安静型潜艇探测的需求消声瓦使高频回波显消声瓦使高频回波显著降低，潜艇辐射噪著降低，潜艇辐射噪声也主要集中于低频声也主要集中于低频线谱。线谱。Variable Depth SonarVariable Depth Sonar Towed from ship.Towed from ship.Buoyancy,scope and ship speed Buoyancy,scope and ship speed determine depth.determine depth.SL increased with depth.(Quenching SL increased with depth.(Quenching limit)limit)Operate below sonic layer depth.Operate below sonic layer depth.VDS DeployingVDS DeployingVDS(Canada)VDS(Canada)Mine Hunting VDSMine Hunting VDS水中目标探测S-3 SONOBUOYSDipping SonarAirborne and dipped into the ocean.水中目标探测测深测深单波束测深仪单波束测深仪多波束测深仪多波束测深仪旁视声纳旁视声纳侧扫声纳侧扫声纳综合孔径测深仪综合孔径测深仪测速测速多普勒测速仪（海流计）多普勒测速仪（海流计）相关测速仪（海流计）相关测速仪（海流计）民用领域鱼探仪鱼探仪助渔设备（诱鱼、计数、跟踪）助渔设备（诱鱼、计数、跟踪）助潜设备助潜设备水下定位水下定位信标信标应答器应答器通讯与遥测通讯与遥测声控声控海洋监测海洋监测海底特性探测海底特性探测海底特性探测海底特性探测洋流和海水温度探测观察点观察点A观察点观察点B声源运动方向声源运动方向多普勒效应多普勒效应洋流和海水温度探测鱼群探测、跟踪和识别水声通讯水声通讯水声定位导航水声定位导航5、本课程的主要内容、本课程的主要内容本课程的主要内容建立声纳系统的基本概念由声纳方程入手，将所有与声纳系统有关的物理参数联系到一起，了解声纳系统设计、性能预测所需要的基本参数，建立基本的物理概念，明确水声学的主要研究内容与声纳系统的关系。与换能器和信号处理有关的内容由于有单独设立的课程，这里不再详细讨论。因此，由声纳方程引出有关的水声物理问题，这些都是声纳系统设计必须认真考虑的因素，也是水声学主要的研究内容。海洋的声学特性是水声学研究的基础，也是水声学研究的基础内容之一。-海洋环境的声学特性是海洋监测技术的基础。海洋环境包括水体、海面和海底，有平均特性，也有不均匀性，他们的声学特性对水声设备的研制与使用都是至关重要的。声纳及声纳方程海洋的声学特性海洋中的声传播理论典型传播条件下的声场声波在目标上的反射和散射海洋中的混响水下噪声水声学的学习方法一点建议水声学的学习方法一点建议与海洋学紧密结合与海洋学紧密结合深入掌握声纳方程深入掌握声纳方程注重理论联系实践注重理论联系实践第一章第一章 绪论绪论 下半部下半部第一章第一章 绪论绪论 下半部下半部n声纳及其工作方式（了解）声纳及其工作方式（了解）n声纳参数（重点）声纳参数（重点）n声纳方程（重点）声纳方程（重点）n组合声纳参数（了解）组合声纳参数（了解）n声纳方程的工程应用及限制（了解）声纳方程的工程应用及限制（了解）1 声纳及其工作方式声纳及其工作方式n声纳声纳（SonarSound Navigation and Ranging）：）：利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯利用水下声信息进行探测、识别、定位、导航和通讯的的系统系统。n按照工作方式分类：按照工作方式分类：主动声纳和被动声纳主动声纳和被动声纳主动声纳信息流程主动声纳信息流程接收阵接收阵处理器处理器判决判决显示显示目标目标发射机发射机发射阵发射阵信号源信号源干端干端湿端湿端被动声纳通过接收被探测目标（声源部分）如鱼雷、潜被动声纳通过接收被探测目标（声源部分）如鱼雷、潜艇等的辐射噪声，来实现水下目标探测。艇等的辐射噪声，来实现水下目标探测。被动声纳信息流程被动声纳信息流程接收阵接收阵处理器处理器判决判决显示显示目标目标1 声纳及其工作方式声纳及其工作方式2 声纳参数声纳参数n主主、被被动动声声纳纳工工作作信信息息流流程程的的基基本本组组成：成：声信号传播介质（海水）声信号传播介质（海水）被探测目标被探测目标声纳设备声纳设备n声纳参数声纳参数 定义：定义：将影响声纳设备工作的因素称为将影响声纳设备工作的因素称为声纳参数。声纳参数。2.1 声源级声源级SL（Source Level）声源级声源级SL：用来描述主动声纳所发射用来描述主动声纳所发射的声信号的强弱（的声信号的强弱（反应发射器辐射声功反应发射器辐射声功率的大小率的大小）定义：定义：式中，式中，I I为发射器声轴方向上离声源声中心为发射器声轴方向上离声源声中心1米处米处的声强，的声强，I I0 0为参考声强（均方根声压为为参考声强（均方根声压为1微帕微帕的平的平面波对应的声强）。面波对应的声强）。解释原因解释原因：可以提高辐射信号的强度，相应：可以提高辐射信号的强度，相应也提高回声信号强度，增加接收信号的信噪也提高回声信号强度，增加接收信号的信噪比，从而增加声纳的作用距离。比，从而增加声纳的作用距离。为了提高主动声纳的作用距离，将发射器做为了提高主动声纳的作用距离，将发射器做成具有一定的发射指向性，如下图所示。成具有一定的发射指向性，如下图所示。发射指向性指数发射指向性指数DIDIT T：式中：式中：ID为指向性发射器在声轴上测得的声强度；为指向性发射器在声轴上测得的声强度；IND为无指向性发射器辐射的声强度。为无指向性发射器辐射的声强度。含义：含义：在相同距离上，指向性发射器声轴上声级高出无在相同距离上，指向性发射器声轴上声级高出无 指向性发射器辐射声场声级的分贝数；指向性发射器辐射声场声级的分贝数；DIDIT T越大，声能在声轴方向集中的程度越高；越大，声能在声轴方向集中的程度越高；DIDIT T越大，越大，就有利于增加声纳的作用距离。就有利于增加声纳的作用距离。已知声功率时，如何计算已知声功率时，如何计算SLSL？声源级与声功率的关系：声源级与声功率的关系：假设介质无声吸收，声源为点声假设介质无声吸收，声源为点声源，辐射声功率为源，辐射声功率为P Pa a（W W），距声源声），距声源声中心中心1 1米处声强度为：米处声强度为：1 1）无指向性声源辐射声功率与声源级的关系：）无指向性声源辐射声功率与声源级的关系：2 2）指向性声源辐射声功率与声源级的关系：）指向性声源辐射声功率与声源级的关系：常识常识：船用声纳船用声纳Pa为几百瓦为几百瓦几千瓦，几千瓦，DIDIT T为为1030dB，SL约为约为210240dB。2.2 传播损失传播损失TL（Transmission Loss）传传播播损损失失TL定定量量描描述述声声波波传传播播一一定定距距离离后后声声强强度度的的衰减变化衰减变化定义：定义：式中，式中，I I1 1是离声源声中心是离声源声中心1米处米处的声强度；的声强度；I Ir r 离声源声离声源声中心中心 r 米处的声强度。米处的声强度。引起声强衰减的原因：引起声强衰减的原因：1）由于海水介质本身的）由于海水介质本身的声吸收声吸收2）声传播过程）声传播过程波阵面的扩展波阵面的扩展3）海水中各种不均匀体的）海水中各种不均匀体的散射散射2.3 目标强度目标强度TS（Target Strength）目标反射本领有差异：目标反射本领有差异：在同样入射声波的照射下，不同在同样入射声波的照射下，不同目标的回波是不一样的。它除了与入射声波特性（频率、目标的回波是不一样的。它除了与入射声波特性（频率、波阵面形状）有关，还与目标的特性（几何形状、材料波阵面形状）有关，还与目标的特性（几何形状、材料等）有关。等）有关。目标强度目标强度TS定量描述目标反射本领的大小定量描述目标反射本领的大小定义：定义：式中，式中，I Ii i是目标处入射声波的强度；是目标处入射声波的强度；I Ir r离目标声中心离目标声中心1米处米处的回波强度。的回波强度。2.4 海洋环境噪声级海洋环境噪声级NL（Noise Level）海洋环境噪声是由海洋中海洋环境噪声是由海洋中大量大量的各种各样的噪声源发出的声的各种各样的噪声源发出的声波构成的，它是声纳设备的一种波构成的，它是声纳设备的一种背景干扰背景干扰。环境噪声级环境噪声级NLNL是度量环境噪声强弱的量是度量环境噪声强弱的量定义：定义：式中式中I I0 0为参考声强度为参考声强度,I IN N是测量带宽内（或是测量带宽内（或1Hz频带内）的噪频带内）的噪声强度。声强度。Question：海洋内部是安静的吗？海洋内部是安静的吗？2.5 等效平面波混响级等效平面波混响级RL（Reverberation Level）主动声纳的背景干扰：主动声纳的背景干扰：1)1)环境噪声环境噪声一般是一般是平稳的平稳的和和各向同性的各向同性的 2)2)混响混响是是非平稳的非平稳的和和非各向同性的非各向同性的等效平面波混响级等效平面波混响级RLRL：a)a)定量描述混响干扰的强弱定量描述混响干扰的强弱 b)b)是利用平面波的是利用平面波的声级声级来度量混响场的强弱来度量混响场的强弱 c)c)定义定义：强度已知的平面波轴向入射到水听器上，：强度已知的平面波轴向入射到水听器上，水听器输出电压值为水听器输出电压值为V V；将水听器移置于混响场中，；将水听器移置于混响场中，声轴指向目标，水听器输出电压值也为声轴指向目标，水听器输出电压值也为V V，则该平面，则该平面波声级就是混响级。波声级就是混响级。2.6 接收指向性指数接收指向性指数DI（Directivity Index）接收换能器的接收指向性指数接收换能器的接收指向性指数DI定义为：定义为：其中，指向性水听器的轴向灵敏度等于无指向性水听器其中，指向性水听器的轴向灵敏度等于无指向性水听器的灵敏度。的灵敏度。QUESTION：何为水听器灵敏度何为水听器灵敏度?水听器灵敏度水听器灵敏度Sh定义：定义：水听器处的声压为水听器处的声压为p，装置的开路终端电，装置的开路终端电压是压是V，则水听器的灵敏度为：，则水听器的灵敏度为：例子例子：已知水听器的灵敏度为：已知水听器的灵敏度为-200dB/V-200dB/V，假设入，假设入射平面波的声压级为射平面波的声压级为80dB80dB，问其输出端的开路电，问其输出端的开路电压为几伏？压为几伏？dB/V式中，式中，m为比例常数；为比例常数；是元立体角。是元立体角。设水听器的灵敏度为单位值，噪声场为设水听器的灵敏度为单位值，噪声场为各向同性的，单位立体角内的噪声功率各向同性的，单位立体角内的噪声功率为为Ii，无指向性水听器产生的均方电压，无指向性水听器产生的均方电压为：为：无指向性水听器产生的均方电压：无指向性水听器产生的均方电压：在同一噪声场中，指向性水听器产生的在同一噪声场中，指向性水听器产生的均方电压：均方电压：其中，其中，b b是归一化的声束图函数，是归一化的声束图函数，是空是空间方位角。则接收指向性指数间方位角。则接收指向性指数DI为：为：参数参数DI只对各向同性噪声场中的平面波信只对各向同性噪声场中的平面波信号（是完全相关信号）有意义；号（是完全相关信号）有意义；具有其它方向特性的信号和噪声场，需用具有其它方向特性的信号和噪声场，需用阵增益阵增益来代替来代替DI。Caution：对于几何形状简单的换能器阵，可用阵尺寸来表示它的对于几何形状简单的换能器阵，可用阵尺寸来表示它的DI值。值。2.7 检测阈检测阈DT（Detection Threshold）声纳设备接收器接收声纳设备接收器接收声纳信号声纳信号和和背景噪声背景噪声，两部分的，两部分的比值即比值即接收带宽内的信号功率或均方电压与接收带宽内的信号功率或均方电压与1Hz带宽带宽内（或接收带宽）的噪声功率或均方电压的比内（或接收带宽）的噪声功率或均方电压的比，它影，它影响设备的工作质量，比值越高，设备就能正常工作，响设备的工作质量，比值越高，设备就能正常工作，“判决判决”就越可信。就越可信。检测阈检测阈DTDT是设备刚好能正常工作所需的处理器输入端是设备刚好能正常工作所需的处理器输入端的信噪比值的信噪比值定义：定义：常识：常识：对于同种职能的声纳设备，检测阈值较低的对于同种职能的声纳设备，检测阈值较低的设备，其处理能力强，性能也好。设备，其处理能力强，性能也好。3 声纳方程声纳方程 声纳方程：声纳方程：综合考虑水声所特有的各种现象和效应对声纳设备的设计综合考虑水声所特有的各种现象和效应对声纳设备的设计和应用所产生影响的关系式。和应用所产生影响的关系式。它将它将海水介质海水介质、声纳目标声纳目标和和声纳设备声纳设备的作用联系在一起。的作用联系在一起。1 1、基本考虑、基本考虑、基本考虑、基本考虑 声纳方程的基本原则：声纳方程的基本原则：信号级信号级背景干扰级背景干扰级=检测阈（刚好完成预定职能）检测阈（刚好完成预定职能）背景干扰级的含义：背景干扰级的含义：设备工作带宽内部分背景噪声才起干扰作用。设备工作带宽内部分背景噪声才起干扰作用。3.1 主动声纳方程主动声纳方程收发合置的主动声纳信号强度变化如下收发合置的主动声纳信号强度变化如下图：图：回声信号级（信号级）回声信号级（信号级）：回声到达接收阵的声级回声到达接收阵的声级 SL-2TL+TS背景干扰级：背景干扰级：NL-DI（接收阵接收指向性指数压低背景噪声）（接收阵接收指向性指数压低背景噪声）Caution：换能器声轴指向目标，回声信号不会被接收指向性换能器声轴指向目标，回声信号不会被接收指向性指数压低。指数压低。处理器处的电信号的信噪比：处理器处的电信号的信噪比：（SL-2TL+TS）-（NL-DI）主动声纳方程（噪声背景）：主动声纳方程（噪声背景）：（SL-2TL+TS）-（NL-DI）=DTCaution：适用于适用于收发合置型收发合置型声纳，对于收发分置声声纳，对于收发分置声纳，往返传播损失不能简单用纳，往返传播损失不能简单用2TL表示；适用于背景表示；适用于背景干扰为各向同性的环境噪声干扰为各向同性的环境噪声情况。情况。主动声纳方程（混响背景）：主动声纳方程（混响背景）：SL-2TL+TS-RL=DT Caution：适用于适用于收发合置型收发合置型声纳，对于收发声纳，对于收发分置声纳，往返传播损失不能简单用分置声纳，往返传播损失不能简单用2TL表示；表示；适用于背景适用于背景干扰为混响干扰为混响的情况。的情况。3.2 被动声纳方程被动声纳方程 与主动声纳相比，被动声纳特点：与主动声纳相比，被动声纳特点：u 噪声源发出的噪声直接由噪声源传播至接收换能器；噪声源发出的噪声直接由噪声源传播至接收换能器；u 噪声源发出的噪声不经目标反射，即无噪声源发出的噪声不经目标反射，即无TS；u 背景干扰为环境噪声。背景干扰为环境噪声。被动声纳方程：被动声纳方程：SL-TL-（NL-DI）=DT SL为噪声源辐射噪声的声源级。为噪声源辐射噪声的声源级。4 组合声纳参数组合声纳参数n组组合合声声纳纳参参数数：几几个个声声纳纳参参数数的的组组合合量量，它具有明确的物理含义。它具有明确的物理含义。n回回声声信信号号级级：SL-2TL+TS加加到到主主动动声纳接收换能器上的回声信号的声级；声纳接收换能器上的回声信号的声级；n噪噪声声掩掩蔽蔽级级：NL-DI+DT工工作作在在噪噪声声干干扰扰中中的的声声纳纳设设备备正正常常工工作作所所需需的的最最低信号级；低信号级；n混混响响掩掩蔽蔽级级：RL+DT工工作作在在混混响响干干扰扰中中的的声声纳纳设设备备正正常常工工作作所所需需的的最最低低信信号级；号级；4 组合声纳参数组合声纳参数n回回 声声 余余 量量：SL-2TL+TS-（NL-DI+DT）主主动动声声纳纳回回声声级级超超过过噪噪声声掩蔽级的数量；掩蔽级的数量；n优优质质因因数数：SL-（NL-DI+DT）对对于于被被动动声声纳纳，该该量量规规定定最最大大允允许许单单程程传传播播损损失失；对对于于主主动动声声纳纳，当当TS=0时时，该该量量规定了最大允许双程传播损失；规定了最大允许双程传播损失；n品质因数：品质因数：SL-（NL-DI）声纳接收声纳接收换能器测得的声源级与噪声级之差换能器测得的声源级与噪声级之差 5 声纳方程的应用及其限制声纳方程的应用及其限制A.声纳方程的应用（声纳方程的应用（两个两个基本用途基本用途）声纳设备性能预报：声纳设备性能预报：已知设备特点和若干参数，对其它声纳参数进已知设备特点和若干参数，对其它声纳参数进行估计（例如估计最大传播损失行估计（例如估计最大传播损失优质因数）优质因数）；声纳设备设计：声纳设备设计：预先规定设计设备的职能及各项战术技术指标，预先规定设计设备的职能及各项战术技术指标，根据声纳方程综合评价各参数的影响，对参数根据声纳方程综合评价各参数的影响，对参数合理选取和设备最佳设计（例如频率的选取合理选取和设备最佳设计（例如频率的选取DIDI、TLTL）。）。B.声纳方程的限制声纳方程的限制声纳方程是用声强度来描述的，而声强度是声能流在某声纳方程是用声强度来描述的，而声强度是声能流在某一时间间隔内的平均值：一时间间隔内的平均值：长脉冲信号，回波信号的宽度很接近发射信号脉冲宽度长脉冲信号，回波信号的宽度很接近发射信号脉冲宽度T T当声源发射声信号是很短的脉冲信号，或者由于介质的传播当声源发射声信号是很短的脉冲信号，或者由于介质的传播效应、目标反射的物理效应，接收到回声信号波形会产生严效应、目标反射的物理效应，接收到回声信号波形会产生严重畸变，上式平均值会得到不确定的结果，上式不再适用。重畸变，上式平均值会得到不确定的结果，上式不再适用。作为一种常用的近似，在时间作为一种常用的近似，在时间T内对声波的能流密度内对声波的能流密度E求平均而得声强：求平均而得声强：对于长脉冲声纳，对于长脉冲声纳，T为发射脉冲宽度，回波脉冲宽度也近为发射脉冲宽度，回波脉冲宽度也近似等于此值；对于短脉冲声纳，似等于此值；对于短脉冲声纳，T一般不确定，回声宽度一般不确定，回声宽度与发射宽度相差甚大。短脉冲信号声纳方程中（与发射宽度相差甚大。短脉冲信号声纳方程中（R.J.R.J.UrickUrick）：）：式中，式中，E是离声源单位距离处的声能流密度；是离声源单位距离处的声能流密度；是回声脉是回声脉冲宽度：冲宽度：C.回声级、噪声掩蔽级和混响掩蔽级与回声级、噪声掩蔽级和混响掩蔽级与距离的关系距离的关系 主动声纳的背景干扰包括主动声纳的背景干扰包括混响混响和和噪声噪声，它们对声纳设备，它们对声纳设备工作的影响不同，应用声纳方程需要确定背景干扰类型。工作的影响不同，应用声纳方程需要确定背景干扰类型。（SL-2TL+TS）-（RL+DT）=0 （SL-2TL+TS）-（NL-DI+DT）=0QUESTION：如何确定混响还是噪声是声纳的如何确定混响还是噪声是声纳的主要干扰？主要干扰？答：答：首先画出回声级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离首先画出回声级、混响掩蔽级和噪声掩蔽级随距离 的变化曲线；的变化曲线；回声级、噪声掩蔽级和混响掩蔽级与距离的关系回声级、噪声掩蔽级和混响掩蔽级与距离的关系1 1）回声和混响都是随距离而衰减的，而噪声保回声和混响都是随距离而衰减的，而噪声保持不变。一般，持不变。一般，回声曲线回声曲线随距离下降比随距离下降比混响掩混响掩蔽级曲线蔽级曲线要快，二者相交于混响限制距离要快，二者相交于混响限制距离R Rr r处处（由混响声纳方程确定）。而回声曲线与噪声（由混响声纳方程确定）。而回声曲线与噪声掩蔽级相交于噪声限制距离掩蔽级相交于噪声限制距离R Rn n处（由噪声声纳处（由噪声声纳方程确定）。方程确定）。2 2）对于噪声掩蔽级对于噪声掩蔽级I I，R Rr r R Rn n，声纳设备正常工，声纳设备正常工作的距离作的距离R R R Rr r，因此声纳作用距离受混响限制，因此声纳作用距离受混响限制，选择选择混响声纳方程混响声纳方程；3 3）对于噪声掩蔽级对于噪声掩蔽级IIII，R Rn n R Rr r，而声纳设备正常，而声纳设备正常工作的距离工作的距离R R R Rn n，因此声纳作用距离受噪声限，因此声纳作用距离受噪声限制，选择制，选择噪声声纳方程噪声声纳方程。补充内容n声学基础