1、水声学,黑龙江省级精品课程,主讲教师：黄益旺 副教授 水声工程学院声学教研室 哈尔滨工程大学,水声学课程网：http:/ 绪论,第一讲 水声学概述,0、课程网站简介,网站功能 提供课程学习、参考资料 提供课程学习交互平台 提供相关链接 网站资源 习题集及参考答案 近几年试卷及答案 多媒体教学课件 教学大纲及进度表 本专业相关的研究和学术机构链接 本专业重要参考资料等等,问题一：为什么要研究水声学？,如何获取海洋深度？ 如何探测海底资源？ 如何在水下获取信息？ 水下探测、定位、导航和通信如何实现？ 答案：依靠声波 水声学的应用有哪些？,一、水声学的应用,水中目标探测常见目标,一、水声学的应用,水
2、中目标探测探测设备,A. Towed Linear Array,B. Sonobuoys,一、水声学的应用,水中目标探测探测设备,D. Airborne Dipping Sonar,C. 岸站,海底资源探测,Mine Hunting VDS（Variable Depth Sonar）,一、水声学的应用,海底地貌探测,条带测深仪,一、水声学的应用,探测原理,海底地层探测,浅剖仪,一、水声学的应用,海底浅剖原理,海底底质探测,一、水声学的应用,海底目标探测,一、水声学的应用,Side Scan Sonar探测原理,洋流探测,一、水声学的应用,洋流探测原理,鱼群探测、跟踪与识别,一、水声学的应用,水
3、声定位、通信与导航,一、水声学的应用,问题二：为什么采用声波？,声波仍是目前唯一已知的海洋中远距离信息传输的有效载体 10kHz 声波的水下衰减系数：1分贝/公里 电磁波水下衰减系数：4500分贝/公里 光波在水下的作用距离：10-100米 磁场在水下的作用距离：100米以内 1.8kg的炸弹所产生的爆炸声能在海水传4200km,问题三：课程主要研究什么？,课程的结构体系,问题三：课程主要研究什么？,课程的主要内容 声纳及声纳方程 声学基础SL、DI、DIT、DT 海洋的声学特性Sonar 海洋中的声传播理论TL 典型传播条件下的声场TL 声波在目标上的反射和散射TS 海洋中的混响RL 水下噪
4、声NL,SL-2TL+TS-RL=DT SL-2TL+TS-(NL-DI)=DT SL-TL-(NL-DI)=DT,二、水声学的基本内涵,2.1 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和信息传输过程有关的各种声学问题。,二、水声学的基本内涵,2.2 水声学的研究对象 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：水声技术和对抗技术的工程目标实现,二、水声学的基本内涵,
5、2.3 声波在水下传播最有效,ATOC实验-声波传播路径,ATOC实验-低频声源,三、水声学发展历史,1490年 达.芬奇摘记中提出用长管听远处航船水声学起源 1827年 瑞士物理学家D.Colladon 和法国数学家C.Sturm合作， 在日内瓦湖测量水中的声速 水声学第一次定量测量,1840年 焦耳发现了磁致伸缩效应水声技术发展意义重大1880年 皮埃尔.居里发现了压电效应水声技术发展意义重大,三、水声学发展历史,压电效应,1912年 英国人L.F. Richardon提出了回声定位方案（英国专利） 英国人Alexander Belm描述了回声定位设备,三、水声学发展历史,1914年 美国
6、人Canadian Reginald Fessenden设计并制造了第一部声纳系统动圈式、发射低频噪声、依靠回声对冰山定位、作用距离2海里、无指向性 1915年 法国物理学家Paul Langvin和俄国科学家Constantin Chilowsky研制了高频超声测深仪他们称Hydrophone、石英-钢夹心换能器、共振频率150KHz、广泛应用于德军U艇和潜艇、首次探测了一战沉没潜艇,三、水声学发展历史,1925年 船舶导航水声设备出现回声测深仪1939年 第二次世界大战爆发促进水声技术的飞速发展,三、水声学发展历史,二战后 水声物理学研究 传感器技术 拖曳线列阵技术 水声信号处理技术 减振
7、降噪与隐身技术,三、水声学发展历史,1959年 中苏联合南海考察第一次南海水声综合考察 1994年 南海重点海域水声综合考察首席科学家 2001年 中美亚洲海水声实验 2002年 海洋通量测量首席科学家,三、水声学发展历史,4.1 建立声纳系统的基本概念 了解声纳系统的设计、性能预测所需的基本参数以及它们之间的相互联系 深入掌握声纳方程所蕴含的有关水声物理问题，建立基本物理概念 4.2 研究海洋的声学特性 海洋环境的声学特性是海洋监测技术的基础 4.3 注重理论联系实际、与海洋学的联系 水声学具有极强的理论性与工程性,四、课程学习的基本要求,5.1 水声物理实验研究环境参数获取设备,五、花絮,5.2 水声物理实验研究声系统与声基阵,五、花絮,5.3 水声物理实验研究测试系统,五、花絮,耦合腔校准系统,中频校准水池定位系统,湖上试验场及其安装设备和测量系统,5.4 水声物理实验研究高压消声水池,五、花絮,THE END,
