深海声道SOFAR及其声传播课件

,*,按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,第4章 典型传播条件下的声场,深海声道（,SOFAR）,及其声传播,本讲主要内容,深海声道的概念、特点（重点）,深海声道的声线（重点）,典型声速分布,声道信号及其基本特征,声线和信号波形,会聚区和声影区,深海声道中的平均声场和传播损失,平均声场,传播损失（重点、难点）,1、深海声道的概念、特点,1、深海声道的概念、特点,声源位于声道轴附近时，在一定角度范围内射出的声线被限制于声道内传播，这部分声线不经受海面散射和海底反射，声信号传播很远。,受季节影响小，声道效应稳定。,SOFAR：Sound,Fixing and Ranging,声学定位和测距，利用深海声道效应可以有效地定位和测距。通常利用若干水声接收基阵来测量爆炸声信号的到达时间，来确定爆炸点的位置和距离。例如进行大地测量、确定导弹溅落点的位置。,1、深海声道的概念、特点,1、深海声道的概念、特点,2、深海声道典型声速分布,Munk,声速标准分布模型,偏离极小值的量级,声速极小值,声速极小值位置,声道有效宽度,2、深海声道典型声速分布,Munk,声速标准分布模型,Munk,典型数据（规范声道）,纬度越高，海面水温受热小，声道轴也越浅。例如，我国南海的声道轴接近1000米。,2、深海声道典型声速分布,线性声速分布模型,3、声道信号和基本特征,声线和信号波形,声线,偏离声道轴较远的声线，路程最长，但最先到达；,沿声道轴传播的声线，路程最短，但最迟到达；,沿声道轴传播声线最密集，携带能量最大。,信号波形,多途径传播的爆炸信号，接收信号强度由小变大直至峰值，然后突然截止。,与表面声道声传播具有类似规律。,3、声道信号和基本特征,会聚区和声影区,基本概念：,声源位于海面或接近海底，可以形成声强很高的焦散线和会聚区。,焦散线（面）,：,邻近声线交聚点（线）所形成的包络线（面）。,会聚区,：,在海面附近形成高声强焦散的区域。,现代声纳，可利用水下声道的会聚区来实现远程探测。,3、声道信号和基本特征,会聚区和声影区,声影区,：,反转折射声线无法达到的区域，称为声影区。影区内，只存在海面和海底的反射声线，声强明显小于会聚区声强。,会聚区宽度随序号增加而变宽，影区宽度随序号增加变窄。,3、声道信号和基本特征,3、声道信号和基本特征,会聚区内平均声强,(F.E.Hale,Long range sound propagation in deep ocean,JASA,33,456,1961),：,设无指向性声源的发射功率为,W,，,形成会聚区的声源掠射角范围为 ，空间会聚区内的总声功率：,3、声道信号和基本特征,会聚区内平均声强：,假设水平距离,r,处的声线平均掠射角 ，则垂直声线方向的环形截面积等于 。声功率均匀分布在环面上，则会聚区的平均声强：,会聚区的宽度，与会聚区序号有关。,3、声道信号和基本特征,会聚增益：,会聚区声强与球面扩展声强之比：,声强异常：,会聚增益的分贝值：,球面波扩展损失,会聚区传播损失,声强异常为球面波损失高于会聚区损失的分贝数。,3、声道信号和基本特征,波动理论解释：,会聚现象是焦散线上大量同相简正波的叠加结果；,同相叠加的简正波数目越多，会聚增益越大；,会聚增益也与简正波的深度分布函数有关，即与深度,z,有关。,3、声道信号和基本特征,声道基本特征,反转声线的包络线形成会聚区；,反转声线不能到达的区域形成声影区；,会聚区与声影区交替出现在深海声道中，随着传播距离增加上述现象变得不明显。,射线声学,平均声强,平均声场,焦散线声场,近距离声场,远距离,声 场,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道平均声场,若忽略介质吸收和海面、海底的反射损失，则根据聚焦因子和声强：,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道平均声场,当水平距离,r,较大时，在一个跨度 范围内，可认为有四个地方声强取同一个 值，声线在每一处声线水平方向波束宽度等于,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道平均声场,平均声强为：,声源处声线掠射角,接收处声线掠射角,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道平均声场,如果声源和接收点的声速接近相等，则声强近似等于：,假设声速分布为线性模型，令 声线为等声速层内声线掠射角。,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道平均声场,水平跨度为：,对于对称线性声速分布：,声强：,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道平均声场,若接收点也位于等声速层内，则：,根据折射定律，则可推得：,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道平均声场,若 的积分上限取到最大值 ，则：,平均声强不仅是接收点（,r,，,z,）,的函数，也是声源深度,z,1,的函数。,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道平均声场,假设声源也位于等声速层内，则：,一般情况下，有：,推导过程对声源和接收点位置进行了限定。,球面扩展向柱面扩展的距离,4、深海声道中的平均声场和传播损失,声道传播损失,若考虑海水介质声吸收引起的衰减，声道的传播损失为：,THE END,作业,1,什么是会聚区和声影区？二者之间声强大小如何？会聚增益是如何定义的？若用波动理论应如何解释会聚现象？,2,画出深海声道声速分布，应用射线理论说明声波在深海声道中远距离传播的原因。比较表面波道与深海声道声传播特性之异同。,3,试推导出以 角跨过声道轴线的声线的平均水平声速度的表达式。,