信息论第0章绪论

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,水声学,第2章 海洋的声学特性,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,水声学,Underwater Acoustics,海洋是人类生命的摇篮,生命的源泉，生命的起源，科学探索，深海生命现象。,海洋是人类赖以生存的宝库,海洋资源之多少？几乎人类生存所需要的一切资源，食品、能源、矿物、金属、石油、天然气,.,探测？勘探方法？开采？,海洋是人类生存和发展的主要空间,海洋环境的恶化加剧，海洋灾害频繁。,海洋环境监测？,如何认识海洋？海洋的勘探、调查、监测手段是什么？,水声学,绪论,2,1,、水声学的基本内涵,如何实现水下的探测、定位、导航和通信？,陆地上的信息获取,电磁波,光波,声波,电磁波是最有效的信息载体,探测,雷达,导航与定位,GPS,通信,有线、无线、卫星通信,水声学,绪论,3,1,、水声学的基本内涵,应该采用何种方式探测水下目标,?,电磁波,水中传播衰减很大（电磁波每米能量衰减百分之九十）。,光波,作用距离非常近,(10,米到,100,米,),。,声波,?,水声学,绪论,4,1,、水声学的基本内涵,声波,声波是目前水下唯一有效的远距离传播信息载体。,水声学,绪论,5,1,、水声学的基本内涵,ATOC,实验,-,低频声源,ATOC,实验,-,声波传播路径,水声学,主要研究携带某种特定信息的声波在水中的,产生,、传播与接收，用以解决与水下目标探测和信息传输过程有关各种声学问题。,水声学,绪论,6,1,、水声学的基本内涵,air-ocean,interface,ocean,volume,ocean,subbottom,水声学是声学的一个重要分支。,水声学,绪论,7,1,、水声学的基本内涵,水声学是围绕水声技术、水声对抗技术和水声工程的基本需求来开展科学研究的。,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,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,水声技术和水声对抗技术的工程目标实现。,水声学,绪论,8,1,、水声学的基本内涵,水声学起源,1490,年，达,.,芬奇摘记中记录利用长管听远处航船。,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,。,水声学,绪论,9,2,、水声学的发展简史,1840,年，焦耳发现了磁致伸缩效应。,1880,年，皮埃尔,.,居里发现了压电效应。,水声学,绪论,10,2,、水声学的基本内涵,一个航海悲剧（,1912,年）和一次世界大战（,1914,年）推动水声学迅速发展。,水声学,绪论,11,2,、水声学的基本内涵,1912,年，英国人,Alexander Belm,描述了回声定位设备。,1912,年，英国人,L.F.Richardon,提出了回声定位方案。,水声学,绪论,12,2,、水声学的基本内涵,The 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.,1914年，第一次世界大战爆发，反潜战出现促进军用声呐发展。,水声学,绪论,13,2,、水声学的基本内涵,Powerful high frequency,ultrasonic,echo-sounding device was developed by emminent,Fr,a,nch physicist,Paul Lang,vin,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.,水声学,绪论,14,2,、水声学的基本内涵,1925,年，研制出用于船舶导航水声设备,回声测深仪。,第二次世界大战促进了水声技术的飞速发展。,反潜，法国、英国和美国，主动声呐,郎之万振子，夹心石英预应力换能器,磁致伸缩换能器,电子管振荡器和放大器,压电陶瓷,透声橡胶,水声传播机理,“,下午效应”,水声物理研究,传播、噪声、目标、混响的基本理论,潜艇攻击，德国的被动声呐,听音系统,潜艇隐身技术，消声瓦,水声学,绪论,15,2,、水声学的基本内涵,二战后电子技术和信息科学发展促进水声学的发展,传感器技术,拖曳线列阵技术,水声信号处理技术,水声物理学研究,“,深海声道效应”,减振降噪与隐身技术,新型声呐发展趋势？,低频、大功率、大基阵和综合信号处理,水声学,绪论,16,2,、水声学的基本内涵,水声学,绪论,17,3,、水声学的研究对象,水声学,水声物理,水声工程,水声系统,水声技术,水声学,绪论,18,3,、水声学的研究对象,水声物理,海洋环境的声学特性,海水（声学特性）,海底与海面（声学特性）,声波在海洋环境中的传播规律,海洋混响,海洋环境噪声,环境、干扰对设备的影响机制,水声学,绪论,19,3,、水声学的研究对象,水声物理实验研究常用设备,水声学,绪论,20,3,、水声学的研究对象,水声物理实验研究常用设备,水声学,绪论,21,3,、水声学的研究对象,水声工程,水声换能器,水声基阵,水声换能材料,水声换能器设计原理与方法,水声换能器工艺,声基阵成阵技术,水声换能器校准计量,水声学,绪论,22,3,、水声学的研究对象,水声工程,声系统校准装置,耦合腔校准系统,中频校准水池定位系统,高压消声水池,湖上实验场,水声技术,完成某种职能的相关技术（广义）,水声信号处理、显示技术（狭义）,信号检测（目标检测）,参数估计（参数估计）,波束形成技术、自适应技术等,目标识别,时频分析等,信号处理的软硬件实现,模拟、数字、,DSP,技术等,水声学,绪论,23,3,、水声学的研究对象,水声学,绪论,24,4,、水声学的主要应用,军用,按载体划分,舰载声呐,(Ship-based Sonar),艇载声呐,(Boats set out Sonar),岸基声呐,(Shore-based Sonar),机载声呐,(Airborne Sonar),声纳浮呐,(,Sonobuoy,),潜标,(Submersible buoy),水中兵器,水声学,绪论,25,4,、水声学的主要应用,军用,按功能划分,通信声呐,导航声呐,定位声呐,水雷引信,探雷声呐,水声学,绪论,26,4,、水声学的主要应用,水下目标探测,消声瓦使高频回波显著降低。,潜艇辐射噪声主要集中于低频线谱。,水声学,绪论,27,4,、水声学的主要应用,SONOBUOYS,水下目标探测,水声学,绪论,28,4,、水声学的主要应用,水下目标探测,Airborne Sonar,水声学,绪论,29,4,、水声学的主要应用,水下目标探测,Towed Long Linear Array,水声学,绪论,30,4,、水声学的主要应用,鱼雷和水雷,水声学,绪论,31,4,、水声学的主要应用,民用,测深,单波束测深仪,多波束测深仪,旁视声呐,侧扫声呐,综合孔径测深仪,测速,多普勒测速仪（海流计）,相关测速仪（海流计）,水声学,绪论,32,4,、水声学的主要应用,民用,鱼探仪,助渔设备（诱鱼、计数、跟踪）,助潜设备,水下定位,信标,应答器,通讯与遥测,声控电灯,海底地形测绘,水声学,绪论,33,4,、水声学的主要应用,海底特性探测,水声学,绪论,34,4,、水声学的主要应用,洋流和海水温度探测,观察点,A,观察点,B,声源运动方向,多普勒效应,水声学,绪论,35,4,、水声学的主要应用,鱼群探测、跟踪和识别,水声学,绪论,36,4,、水声学的主要应用,水声通讯,水声学,绪论,37,4,、水声学的主要应用,水声定位导航,水声学,绪论,38,4,、水声学的主要应用,水声学,绪论,39,声呐及声呐方程,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,声呐方程的应用,5,、本课程的主要内容,建立声呐系统的基本概念,由声呐方程入手，将所有与声呐系统有关的物理参数联系到一起，了解声呐系统设计、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呐系统的关系。,由声呐方程引出有关的水声物理问题，是声呐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。,水声学,绪论,40,5,、本课程的主要内容,深入了解海洋环境的声学特性,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。,水声学,绪论,41,5,、本课程的主要内容,水声学,第2章 海洋的声学特性,42,THE END,