水聲學-典型條件下的聲場1ppt課件

1、第五章第五章 典型傳播條件下的聲場典型傳播條件下的聲場第十四講第十四講 均勻淺海聲場均勻淺海聲場 本講主要內容本講主要內容 n淺海平均聲強淺海平均聲強n淺海傳播損失淺海傳播損失n淺海聲場的虛源表示淺海聲場的虛源表示n淺海外表聲道淺海外表聲道n聲場計算大作業(yè)點評聲場計算大作業(yè)點評n課堂作業(yè)點評課堂作業(yè)點評n硬底、聲速均勻淺海硬底、聲速均勻淺海n海底有吸收的均勻淺海海底有吸收的均勻淺海n ：n ：一、淺海平均聲強一、淺海平均聲強22316HrHmrerHzrI2,2/32,reHzrIr)16exp(4)(3222rHerkHrIrmrr n傳播損失分段表示傳播損失分段表示n ，球面擴展：，球面擴

2、展：n ，3/2次方衰減規(guī)律次方衰減規(guī)律+介質吸收介質吸收/Hr 21rrIrTLlg2022316HrH 232reHrIrerHrTLlg20lg5lg15二、淺海傳播損失二、淺海傳播損失n傳播損失分段表示傳播損失分段表示n ，柱面擴展，柱面擴展+介質吸收介質吸收+界面吸收：界面吸收：二、淺海傳播損失二、淺海傳播損失22316Hr )16exp(4)(3222rHerkHrIrerHkHrTLlg32204lg10lg10322n淺海傳播的淺海傳播的Marsk和和Schulkin半閱歷公式半閱歷公式n近間隔范圍內：近間隔范圍內： n中等間隔范圍內：中等間隔范圍內：n遠間隔區(qū)域：遠間隔區(qū)域：

3、Rr LkrrTL60lg20RrR8LTkHHrrrTL60lg51lg15二、淺海傳播損失二、淺海傳播損失Rr8LTkHHrrrTL5 .64lg101lg10三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n根本思想根本思想n將海面和海底的反射聲線視為由各自的虛源發(fā)出的聲線，將海面和海底的反射聲線視為由各自的虛源發(fā)出的聲線，虛源數目與思索的聲線反射次數有關，數目趨于無窮，那虛源數目與思索的聲線反射次數有關，數目趨于無窮，那么可求得淺?？偮晥觥Ｃ纯汕蟮脺\?？偮晥觥?n硬底均勻淺海硬底均勻淺海n聲場模型聲場模型n 假設淺海聲速均勻層深為假設淺海聲速均勻層深為H，海面為平整自在界面，海面為平整自在

4、界面，海底為平整硬界面。點源海底為平整硬界面。點源 位于坐標位于坐標 ，察看點位，察看點位于坐標于坐標 處。處。三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示01O0,0 zzr ,n硬底均勻淺海硬底均勻淺海n聲場聲壓聲場聲壓n直達波聲壓：直達波聲壓：n海底反射波聲壓：海底反射波聲壓：n直達波直達波+反射波聲壓：反射波聲壓：20201zzrR0110101jkReRp0210202jkReRp202022zzHrR三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示0201102101jkRjkReReRpn硬底均勻淺海硬底均勻淺海n聲場聲壓聲場聲壓n四個點源合成聲壓：四個點源合成聲壓：n 思索對稱于海

5、面的兩個虛源思索對稱于海面的兩個虛源 和和 即海面一次即海面一次反射波，為：反射波，為： 03O04O04030201104103102101jkRjkRjkRjkReReReReRp20203zzrR202042zzHrR三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n硬底均勻淺海硬底均勻淺海n聲場聲壓聲場聲壓n六個點源合成聲壓：六個點源合成聲壓：n 思索海面上的兩個虛源對稱于海底又產生兩個虛源，思索海面上的兩個虛源對稱于海底又產生兩個虛源，再疊加兩個虛源再疊加兩個虛源 和和 ：11O12O121104030201112111104103102101jkRjkRjkRjkRjkRjkReReR

6、eReReReRp202112zzHrR202124zzHrR三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n硬底均勻淺海硬底均勻淺海n聲場聲壓聲場聲壓n六點源關于海底界面對稱，滿足下界面的邊境條件，但破六點源關于海底界面對稱，滿足下界面的邊境條件，但破壞了上界面的對稱性。因此，需繼續(xù)添加虛源對數；壞了上界面的對稱性。因此，需繼續(xù)添加虛源對數；n每添加一對虛源，相應于多計入一次海面或海底的反射聲每添加一對虛源，相應于多計入一次海面或海底的反射聲線；線；n虛源階數越高，聲線經過海面和海底的反射次數越多，虛虛源階數越高，聲線經過海面和海底的反射次數越多，虛

7、源離察看點間隔越遠，對合成聲壓奉獻越小。源離察看點間隔越遠，對合成聲壓奉獻越小。 0142113212111214321njkRnjkRnjkRnjkRnnnnnneRVVeRVeRVeRVVp三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n硬底均勻淺海硬底均勻淺海n硬底均勻淺海聲場：硬底均勻淺海聲場：n普通均勻淺海聲場：普通均勻淺海聲場： n兩者差別兩者差別n反射系數不同反射系數不同01413121143211njkRnjkRnjkRnjkRnnnnnneReReReRp三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n硬底均勻淺海硬底均勻淺海n聲場計算：聲場計算：三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲

8、場的虛源表示n硬底均勻淺海硬底均勻淺海n淺海聲場虛源表示分析淺海聲場虛源表示分析n一樣海底或海面反射次數的聲線有四條：一樣海底或海面反射次數的聲線有四條：三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n彈性海底均勻淺海彈性海底均勻淺海n球面波在平行邊境上的反射球面波在平行邊境上的反射 n反射聲壓：反射聲壓：n引入坐標變換：引入坐標變換：yxzirdkdkkeVip Rk)(2k/ )(coseksincos ,sincossinsin ,sinsincos ,cosxryrzrkkxRkkyRkkzR三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n彈性海底均勻淺海彈性海底均勻淺海n球面波在平行邊境

9、上的反射球面波在平行邊境上的反射 n反射聲壓：反射聲壓：n關鍵問題：關鍵問題：n1入射角入射角 確實定確實定n2 取值范圍確實定取值范圍確實定ddsin)(22020iireVikpRk三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n彈性海底均勻淺海彈性海底均勻淺海n聲場的虛源表示：聲場的虛源表示： n單個虛源輻射聲壓：單個虛源輻射聲壓：01001)()(maxppRpRpnnnlnlw2 , 1 , 2, 1lddsin)() 1(22020iinnnleVikpsRk三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n彈性海底均勻淺海彈性海底均勻淺海n聲場計算：聲場計算： 三、淺海聲場的虛源表示三

10、、淺海聲場的虛源表示n彈性海底楔形海域彈性海底楔形海域n(G. B. Deane and M. J. Buckingham. An analysis of the three-dimensional sound field in penetrable wedge with a stratified fluid or elastic basementJ. J. Acoust. Soc. Am., 1993,93(3):1319-1328P. )n虛源分布：圓周上虛源分布：圓周上三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n彈性海底楔形海域彈性海底楔形海域n聲場虛源表示：聲場虛源表示：n各個虛源奉

11、獻的總和各個虛源奉獻的總和n各個虛源的坐標：各個虛源的坐標：nlsbsbsbsbnlnlnlnl 22212122,p RpRnllnnb()( )max0三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n彈性海底楔形海域彈性海底楔形海域n單個虛源的輻射聲壓單個虛源的輻射聲壓n點源在傾斜界面上的反射聲壓點源在傾斜界面上的反射聲壓n單個虛源的輻射聲壓單個虛源的輻射聲壓yxzirdkdkkeVip Rk)(2k/ )(cosekyxzinbbnnldkdkkeVipnlbs Rk1)() 1(2三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n彈性海底楔形海域彈性海底楔形海域n單個虛源的輻射聲壓單個虛源的

12、輻射聲壓n單個虛源的輻射聲壓單個虛源的輻射聲壓bbbcoscoscossinsincoswbb) 12(三、淺海聲場的虛源表示三、淺海聲場的虛源表示n彈性海底楔形海域彈性海底楔形海域n聲場計算聲場計算四、淺海外表聲道四、淺海外表聲道n前面引見的外表聲道的有關計算適用于深海外表聲道前面引見的外表聲道的有關計算適用于深海外表聲道n在冬季，由于冷空氣和風浪攪拌作用，淺海也經常構成外在冬季，由于冷空氣和風浪攪拌作用，淺海也經常構成外表聲道表聲道n淺海外表聲道中的兩類聲線：淺海外表聲道中的兩類聲線：n淺海外表聲道的平滑平均聲強：淺海外表聲道的平滑平均聲強： n ：反轉聲線的平均聲強：反轉聲線的平均聲強n

13、 ：海底反射聲線的平均聲強。：海底反射聲線的平均聲強。n結論：結論：n由于計入海底反射的奉獻，淺海外表聲道的傳播損失小于由于計入海底反射的奉獻，淺海外表聲道的傳播損失小于深海外表聲道的傳播損失。深海外表聲道的傳播損失。zrIzrIzrI,21zrI,1zrI,2四、淺海外表聲道四、淺海外表聲道nf=25;%Hznomega=2*pi*f;nH=100;%mnc0=1500;%m/snk=omega/c0;nN=k*H/pi+0.5-mod(k*H/pi+0.5,1)+50;%簡正波階數簡正波階數nzs=30;%mnn=1:N;nkzn=(n-1/2)*pi/H;%垂直方向波數垂直方向波數nkxin=conj(sqrt(k*k-kzn.*kzn);%程度方向波數程度方向波數nrstep=10;%(c0/f)/8;步長選取步長選取nnRange=1000;%nzr=5:5:95;nnDepth=length(zr);nfor nz=1:nDepthn for nr=1:nRangen r=nr*rstep;n p (nz,nr)=(-i*2*pi/H*sum(sin(kzn*zr(nz).*sin(kzn*zs).*besselh(0,2,kxin*r);%聲