信息論第0章緒論

1、水聲學水聲學Underwater AcousticsUnderwater Acoustics 海洋是人類生命的搖籃 生命的源泉，生命的起源，科學探索，深海生命現(xiàn)象。 海洋是人類賴以生存的寶庫 海洋資源之多少？幾乎人類生存所需要的一切資源，食品、能源、礦物、金屬、石油、天然氣. 探測？勘探方法？開采？ 海洋是人類生存和發(fā)展的主要空間 海洋環(huán)境的惡化加劇，海洋災害頻繁。 海洋環(huán)境監(jiān)測？水聲學緒論21 1、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵 陸地上的信息獲取 電磁波 光波 聲波 電磁波是最有效的信息載體 探測雷達 導航與定位GPS 通信有線、無線、衛(wèi)星通信水聲學緒論31 1、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學

2、的基本內(nèi)涵水聲學緒論41 1、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵水聲學緒論51 1、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵ATOC實驗實驗-低頻聲源低頻聲源ATOC實驗實驗-聲波傳播路徑聲波傳播路徑水聲學緒論61 1、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵air-oceaninterfaceoceanvolumeoceansubbottom水聲學緒論71 1、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵p水聲學是圍繞水聲技術、水聲對抗技術和水聲工程的基本需水聲學是圍繞水聲技術、水聲對抗技術和水聲工程的基本需求來開展科學研究的。求來開展科學研究的。 水聲技術水聲技術 利用聲波作為信息載體來實現(xiàn)水下探測、定位、導航

3、利用聲波作為信息載體來實現(xiàn)水下探測、定位、導航和通信的原理與方法。和通信的原理與方法。 水聲對抗技術水聲對抗技術 在軍事上，對抗水下聲探測、定位、導航和通信的技在軍事上，對抗水下聲探測、定位、導航和通信的技術措施與手段。術措施與手段。 水聲工程水聲工程 水聲技術和水聲對抗技術的工程目標實現(xiàn)。水聲技術和水聲對抗技術的工程目標實現(xiàn)。水聲學緒論81 1、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵水聲學緒論92 2、水聲學的發(fā)展簡史、水聲學的發(fā)展簡史水聲學緒論102 2、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵 一個航海悲?。ㄒ粋€航海悲?。?912年）和一次世界大戰(zhàn)（年）和一次世界大戰(zhàn)（1914年）推動年）推動水聲

4、學迅速發(fā)展。水聲學迅速發(fā)展。水聲學緒論112 2、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵 1912年，年， 英國人英國人Alexander Belm描述了回聲定位設備。描述了回聲定位設備。 1912年，英國人年，英國人L.F. Richardon提出了回聲定位方案。提出了回聲定位方案。水聲學緒論122 2、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵 The first working sonar system was designed and built in the United States by Canadian Reginald FessendenReginald Fessenden in 191

5、41914. 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 directi

6、on. 水聲學緒論132 2、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵nPowerful high frequency ultrasonicultrasonic echo-sounding device was developed by emminent Franch physicist Paul LangPaul Langvinvin and Russian scientist Constantin Constantin ChilowskyChilowsky. They called their device the hydrophonehydrophone. The transducertran

7、sducer 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 a

8、nd submarines. The first known sinking of a submarine detected by hydrophone occurred in the Atlantic during World War I in April,1916. 水聲學緒論142 2、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵 反潛，法國、英國和美國，主動聲吶反潛，法國、英國和美國，主動聲吶 郎之萬振子，夾心石英預應力換能器郎之萬振子，夾心石英預應力換能器 磁致伸縮換能器磁致伸縮換能器 電子管振蕩器和放大器電子管振蕩器和放大器 壓電陶瓷壓電陶瓷 透聲橡膠透聲橡膠 水聲傳播機理水聲傳播機理“下午

9、效應下午效應” 水聲物理研究水聲物理研究傳播、噪聲、目標、混響的基本理論傳播、噪聲、目標、混響的基本理論 潛艇攻擊，德國的被動聲吶潛艇攻擊，德國的被動聲吶聽音系統(tǒng)聽音系統(tǒng) 潛艇隱身技術，消聲瓦潛艇隱身技術，消聲瓦水聲學緒論152 2、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵 傳感器技術傳感器技術 拖曳線列陣技術拖曳線列陣技術 水聲信號處理技術水聲信號處理技術 水聲物理學研究水聲物理學研究“深海聲道效應深海聲道效應” 減振降噪與隱身技術減振降噪與隱身技術p 低頻、大功率、大基陣和綜合信號處理低頻、大功率、大基陣和綜合信號處理水聲學緒論162 2、水聲學的基本內(nèi)涵、水聲學的基本內(nèi)涵水聲學緒論173 3、

10、水聲學的研究對象、水聲學的研究對象水聲學水聲學水聲物理水聲物理水聲工程水聲工程水聲系統(tǒng)水聲系統(tǒng)水聲技術水聲技術水聲學緒論183 3、水聲學的研究對象、水聲學的研究對象 水聲物理水聲物理 海洋環(huán)境的聲學特性海洋環(huán)境的聲學特性 海水（聲學特性）海水（聲學特性） 海底與海面（聲學特性）海底與海面（聲學特性） 聲波在海洋環(huán)境中的傳播規(guī)律聲波在海洋環(huán)境中的傳播規(guī)律 海洋混響海洋混響 海洋環(huán)境噪聲海洋環(huán)境噪聲 環(huán)境、干擾對設備的影響機制環(huán)境、干擾對設備的影響機制水聲學緒論193 3、水聲學的研究對象、水聲學的研究對象 水聲物理實驗研究常用設備水聲物理實驗研究常用設備水聲學緒論203 3、水聲學的研究對象、

11、水聲學的研究對象 水聲物理實驗研究常用設備水聲物理實驗研究常用設備水聲學緒論213 3、水聲學的研究對象、水聲學的研究對象 水聲工程水聲工程 水聲換能器水聲換能器 水聲基陣水聲基陣F水聲換能材料水聲換能材料F水聲換能器設計原理與方法水聲換能器設計原理與方法F水聲換能器工藝水聲換能器工藝F聲基陣成陣技術聲基陣成陣技術F水聲換能器校準計量水聲換能器校準計量水聲學緒論223 3、水聲學的研究對象、水聲學的研究對象 水聲工程水聲工程聲系統(tǒng)校準裝置聲系統(tǒng)校準裝置 耦合腔校準系統(tǒng)耦合腔校準系統(tǒng) 中頻校準水池定位系統(tǒng)中頻校準水池定位系統(tǒng) 高壓消聲水池高壓消聲水池 湖上實驗場湖上實驗場 完成某種職能的相關技術

12、（廣義）完成某種職能的相關技術（廣義） 水聲信號處理、顯示技術（狹義）水聲信號處理、顯示技術（狹義）水聲學緒論233 3、水聲學的研究對象、水聲學的研究對象水聲學緒論244 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用 軍用軍用按載體劃分按載體劃分艦載聲吶艦載聲吶(Ship-based Sonar)艇載聲吶艇載聲吶(Boats set out Sonar)岸基聲吶岸基聲吶(Shore-based Sonar)機載聲吶機載聲吶(Airborne Sonar)聲納浮吶聲納浮吶(Sonobuoy)潛標潛標(Submersible buoy)水中兵器水中兵器水聲學緒論254 4、水聲學的主要應用、水聲學的主

13、要應用 軍用軍用按功能劃分按功能劃分通信聲吶通信聲吶導航聲吶導航聲吶定位聲吶定位聲吶水雷引信水雷引信探雷聲吶探雷聲吶水聲學緒論264 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用水下目標探測水下目標探測消聲瓦使高頻回波顯著降低。消聲瓦使高頻回波顯著降低。潛艇輻射噪聲主要集中于低頻線譜。潛艇輻射噪聲主要集中于低頻線譜。水聲學緒論274 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用SONOBUOYS水下目標探測水下目標探測水聲學緒論284 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用水下目標探測水下目標探測Airborne Sonar水聲學緒論294 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用水下目標探測水下目標探測T

14、owed Long Linear Array水聲學緒論304 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用魚雷和水雷魚雷和水雷水聲學緒論314 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用 民用民用 測深測深 單波束測深儀單波束測深儀 多波束測深儀多波束測深儀 旁視聲吶旁視聲吶 側掃聲吶側掃聲吶 綜合孔徑測深儀綜合孔徑測深儀 測速測速 多普勒測速儀（海流計）多普勒測速儀（海流計） 相關測速儀（海流計）相關測速儀（海流計）水聲學緒論324 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用 民用民用 魚探儀魚探儀 助漁設備（誘魚、計數(shù)、跟蹤）助漁設備（誘魚、計數(shù)、跟蹤） 助潛設備助潛設備 水下定位水下定位 信標信標 應

15、答器應答器 通訊與遙測通訊與遙測 聲控電燈聲控電燈 海底地形測繪海底地形測繪水聲學緒論334 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用 海底特性探測海底特性探測水聲學緒論344 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用 洋流和海水溫度探測洋流和海水溫度探測觀察點觀察點A觀察點觀察點B聲源運動方向聲源運動方向多普勒效應多普勒效應水聲學緒論354 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用 魚群探測、跟蹤和識別魚群探測、跟蹤和識別水聲學緒論364 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用 水聲通訊水聲通訊水聲學緒論374 4、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用 水聲定位導航水聲定位導航水聲學緒論384 4、

16、水聲學的主要應用、水聲學的主要應用水聲學緒論39 聲吶及聲吶方程聲吶及聲吶方程 海洋的聲學特性海洋的聲學特性 海洋中的聲傳播理論海洋中的聲傳播理論 典型傳播條件下的聲場典型傳播條件下的聲場 聲波在目標上的反射和散射聲波在目標上的反射和散射 海洋中的混響海洋中的混響 水下噪聲水下噪聲 聲吶方程的應用聲吶方程的應用5 5、本課程的主要內(nèi)容、本課程的主要內(nèi)容 由聲吶方程入手，將所有與聲吶系統(tǒng)有關的物理參數(shù)聯(lián)系由聲吶方程入手，將所有與聲吶系統(tǒng)有關的物理參數(shù)聯(lián)系到一起，了解聲吶系統(tǒng)設計、性能預測所需要的基本參數(shù)，到一起，了解聲吶系統(tǒng)設計、性能預測所需要的基本參數(shù)，建立基本的物理概念，明確水聲學的主要研究內(nèi)容與聲吶建立基本的物理概念，明確水聲學的主要研究內(nèi)容與聲吶系統(tǒng)的關系。系統(tǒng)的關系。 由聲吶方程引出有關的水聲物理問題，是聲