水聲學(xué)原理第一章課件

1第一章緒論第二講聲納方程1第一章緒論第二講聲納方程2本講主要內(nèi)容主動(dòng)聲納方程及其各參數(shù)的概念、物理意義（重、難點(diǎn)）；被動(dòng)聲納方程及其各參數(shù)的概念、物理意義（重、難點(diǎn)）；組合聲納參數(shù)的物理意義（了解）；聲納方程的工程應(yīng)用及限制（重點(diǎn)）。2本講主要內(nèi)容主動(dòng)聲納方程及其各參數(shù)的概念、物理意義（重、難31.5聲納及其工作方式聲納（Sonar—SoundNavigationandRanging）：利用水下聲信息進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別、定位、導(dǎo)航和通訊的系統(tǒng)。按照工作方式分類：主動(dòng)聲納和被動(dòng)聲納主動(dòng)聲納信息流程接收陣處理器判決顯示目標(biāo)發(fā)射機(jī)發(fā)射陣信號(hào)源31.5聲納及其工作方式聲納（Sonar—SoundNa4被動(dòng)聲納通過(guò)接收被探測(cè)目標(biāo)（聲源部分）如魚(yú)雷、潛艇等的輻射噪聲，來(lái)實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)探測(cè)。被動(dòng)聲納信息流程接收陣處理器判決顯示目標(biāo)4被動(dòng)聲納通過(guò)接收被探測(cè)目標(biāo)（聲源部分）如魚(yú)雷、潛被動(dòng)聲納信51.6聲納參數(shù)主、被動(dòng)聲納工作信息流程的基本組成：聲信號(hào)傳播介質(zhì)（海水）被探測(cè)目標(biāo)聲納設(shè)備聲納參數(shù)

定義：將影響聲納設(shè)備工作的因素稱為聲納參數(shù)。

51.6聲納參數(shù)主、被動(dòng)聲納工作信息流程的基本組成：61、聲源級(jí)SL

（SourceLevel）聲源級(jí)SL：用來(lái)描述主動(dòng)聲納所發(fā)射的聲信號(hào)的強(qiáng)弱（反應(yīng)發(fā)射器輻射聲功率的大小）定義：式中，I為發(fā)射器聲軸方向上離聲源聲中心1米處的聲強(qiáng)，I0為參考聲強(qiáng)（均方根聲壓為1微帕的平面波對(duì)應(yīng)的聲強(qiáng)）。

61、聲源級(jí)SL

（SourceLevel）聲源級(jí)SL：用7解釋原因：可以提高輻射信號(hào)的強(qiáng)度，相應(yīng)也提高回聲信號(hào)強(qiáng)度，增加接收信號(hào)的信噪比，從而增加聲納的作用距離。為了提高主動(dòng)聲納的作用距離，將發(fā)射器做成具有一定的發(fā)射指向性，如下圖所示。7解釋原因：可以提高輻射信號(hào)的強(qiáng)度，相應(yīng)也提高回聲信號(hào)強(qiáng)度，8發(fā)射指向性指數(shù)DIT：

式中：ID為指向性發(fā)射器在聲軸上測(cè)得的聲強(qiáng)度；IND為無(wú)指向性發(fā)射器輻射的聲強(qiáng)度。含義：在相同距離上，指向性發(fā)射器聲軸上聲級(jí)高出無(wú)指向性發(fā)射器輻射聲場(chǎng)聲級(jí)的分貝數(shù)；DIT越大，聲能在聲軸方向集中的程度越高；DIT越大，就有利于增加聲納的作用距離。

8發(fā)射指向性指數(shù)DIT：式中：9已知聲功率時(shí)，如何計(jì)算SL？聲源級(jí)與聲功率的關(guān)系：

假設(shè)介質(zhì)無(wú)聲吸收，聲源為點(diǎn)聲源，輻射聲功率為Pa（W），距聲源聲中心1米處聲強(qiáng)度為：1）無(wú)指向性聲源輻射聲功率與聲源級(jí)的關(guān)系：

9已知聲功率時(shí)，如何計(jì)算SL？1）無(wú)指向性聲源輻射聲功率與聲102）指向性聲源輻射聲功率與聲源級(jí)的關(guān)系：

常識(shí)：船用聲納Pa為幾百瓦~幾千瓦，DIT為10~30dB，SL約為210~240dB。102）指向性聲源輻射聲功率與聲源級(jí)的關(guān)系：常識(shí)：船用聲納112、傳播損失TL

（TransmissionLoss）

傳播損失TL定量描述聲波傳播一定距離后聲強(qiáng)度的衰減變化定義：式中，I1是離聲源聲中心1米處的聲強(qiáng)度；Ir離聲源聲中心r

米處的聲強(qiáng)度。

引起聲強(qiáng)衰減的原因：1）由于海水介質(zhì)本身的聲吸收2）聲傳播過(guò)程波陣面的擴(kuò)展3）海水中各種不均勻體的散射112、傳播損失TL

（TransmissionLoss123、目標(biāo)強(qiáng)度TS

（TargetStrength）目標(biāo)反射本領(lǐng)有差異：在同樣入射聲波的照射下，不同目標(biāo)的回波是不一樣的。它除了與入射聲波特性（頻率、波陣面形狀）有關(guān)，還與目標(biāo)的特性（幾何形狀、材料等）有關(guān)。目標(biāo)強(qiáng)度TS定量描述目標(biāo)反射本領(lǐng)的大小定義：式中，Ii是目標(biāo)處入射聲波的強(qiáng)度；Ir離目標(biāo)聲中心1米處的回波強(qiáng)度。123、目標(biāo)強(qiáng)度TS

（TargetStrength）目標(biāo)134、海洋環(huán)境噪聲級(jí)NL

（NoiseLevel）海洋環(huán)境噪聲是由海洋中大量的各種各樣的噪聲源發(fā)出的聲波構(gòu)成的，它是聲納設(shè)備的一種背景干擾。環(huán)境噪聲級(jí)NL是度量環(huán)境噪聲強(qiáng)弱的量定義：式中I0為參考聲強(qiáng)度,IN是測(cè)量帶寬內(nèi)（或1Hz頻帶內(nèi)）的噪聲強(qiáng)度。

Question：海洋內(nèi)部是安靜的嗎？134、海洋環(huán)境噪聲級(jí)NL

（NoiseLevel）海洋環(huán)145、等效平面波混響級(jí)RL

（ReverberationLevel）主動(dòng)聲納的背景干擾：

1)環(huán)境噪聲—一般是平穩(wěn)的和各向同性的

2)混響—是非平穩(wěn)的和非各向同性的等效平面波混響級(jí)RL：

a)定量描述混響干擾的強(qiáng)弱

b)是利用平面波的聲級(jí)來(lái)度量混響場(chǎng)的強(qiáng)弱

c)定義：強(qiáng)度已知的平面波軸向入射到水聽(tīng)器上，水聽(tīng)器輸出電壓值為V；將水聽(tīng)器移置于混響場(chǎng)中，聲軸指向目標(biāo)，水聽(tīng)器輸出電壓值也為V，則該平面波聲級(jí)就是混響級(jí)。

145、等效平面波混響級(jí)RL

（Reverberation156、接收指向性指數(shù)DI

（DirectivityIndex）接收換能器的接收指向性指數(shù)DI定義為：其中，指向性水聽(tīng)器的軸向靈敏度等于無(wú)指向性水聽(tīng)器的靈敏度。QUESTION：何為水聽(tīng)器靈敏度?156、接收指向性指數(shù)DI

（DirectivityInd16水聽(tīng)器靈敏度Sh定義：水聽(tīng)器處的聲壓為p，裝置的開(kāi)路終端電壓是V，則水聽(tīng)器的靈敏度為：例子：已知水聽(tīng)器的靈敏度為-200dB/V，假設(shè)入射平面波的聲壓級(jí)為80dB，問(wèn)其輸出端的開(kāi)路電壓為幾伏？dB/V16水聽(tīng)器靈敏度Sh定義：例子：已知水聽(tīng)器的靈敏度為-20017式中，m為比例常數(shù)；是元立體角。設(shè)水聽(tīng)器的靈敏度為單位值，噪聲場(chǎng)為各向同性的，單位立體角內(nèi)的噪聲功率為Ii，無(wú)指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的均方電壓為：無(wú)指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的均方電壓：17式中，m為比例常數(shù)；是元立體角。設(shè)水聽(tīng)器的靈敏度為單18在同一噪聲場(chǎng)中，指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的均方電壓：其中，b是歸一化的聲束圖函數(shù)，是空間方位角。則接收指向性指數(shù)DI為：18在同一噪聲場(chǎng)中，指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的其中，b是歸一化的聲束19參數(shù)DI只對(duì)各向同性噪聲場(chǎng)中的平面波信號(hào)（是完全相關(guān)信號(hào)）有意義；具有其它方向特性的信號(hào)和噪聲場(chǎng)，需用參數(shù)陣增益來(lái)代替DI。Caution：19參數(shù)DI只對(duì)各向同性噪聲場(chǎng)中的平面波信號(hào)（是完全相關(guān)信號(hào)20對(duì)于幾何形狀簡(jiǎn)單的換能器陣，可用陣尺寸來(lái)表示它的DI值。20對(duì)于幾何形狀簡(jiǎn)單的換能器陣，可用陣尺寸來(lái)表示它的DI值。217、檢測(cè)閾DT

（DetectionThreshold）聲納設(shè)備接收器接收聲納信號(hào)和背景噪聲，兩部分的比值即接收帶寬內(nèi)的信號(hào)功率或均方電壓與1Hz帶寬內(nèi)（或接收帶寬）的噪聲功率或均方電壓的比，它影響設(shè)備的工作質(zhì)量，比值越高，設(shè)備就能正常工作，“判決”就越可信。檢測(cè)閾DT是設(shè)備剛好能正常工作所需的處理器輸入端的信噪比值定義：

常識(shí)：對(duì)于同種職能的聲納設(shè)備，檢測(cè)閾值較低的設(shè)備，其處理能力強(qiáng)，性能也好。

217、檢測(cè)閾DT

（DetectionThreshold221.7聲納方程

聲納方程：綜合考慮水聲所特有的各種現(xiàn)象和效應(yīng)對(duì)聲納設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用所產(chǎn)生影響的關(guān)系式。它將海水介質(zhì)、聲納目標(biāo)和聲納設(shè)備的作用聯(lián)系在一起。1、基本考慮聲納方程的基本原則：信號(hào)級(jí)—背景干擾級(jí)=檢測(cè)閾（剛好完成預(yù)定職能）背景干擾級(jí)的含義：設(shè)備工作帶寬內(nèi)部分背景噪聲才起干擾作用。221.7聲納方程聲納方程：232、主動(dòng)聲納方程收發(fā)合置的主動(dòng)聲納信號(hào)強(qiáng)度變化如下圖：232、主動(dòng)聲納方程收發(fā)合置的主動(dòng)聲納信號(hào)強(qiáng)度變化如下圖：24回聲信號(hào)級(jí)（信號(hào)級(jí)）：回聲到達(dá)接收陣的聲級(jí)

SL-2TL+TS背景干擾級(jí)：

NL-DI（接收陣接收指向性指數(shù)壓低背景噪聲）Caution：換能器聲軸指向目標(biāo)，回聲信號(hào)不會(huì)被接收指向性指數(shù)壓低。處理器處的電信號(hào)的信噪比：

（SL-2TL+TS）-（NL-DI）24回聲信號(hào)級(jí)（信號(hào)級(jí)）：回聲到達(dá)接收陣的聲級(jí)25

主動(dòng)聲納方程（噪聲背景）：

（SL-2TL+TS）-（NL-DI）=DTCaution：適用于收發(fā)合置型聲納，對(duì)于收發(fā)分置聲納，往返傳播損失不能簡(jiǎn)單用2TL表示；適用于背景干擾為各向同性的環(huán)境噪聲情況。

主動(dòng)聲納方程（混響背景）：SL-2TL+TS-RL=DT

Caution：適用于收發(fā)合置型聲納，對(duì)于收發(fā)分置聲納，往返傳播損失不能簡(jiǎn)單用2TL表示；適用于背景干擾為混響的情況。25主動(dòng)聲納方程（噪聲背景）：263、被動(dòng)聲納方程

與主動(dòng)聲納相比，被動(dòng)聲納特點(diǎn)：噪聲源發(fā)出的噪聲直接由噪聲源傳播至接收換能器；噪聲源發(fā)出的噪聲不經(jīng)目標(biāo)反射，即無(wú)TS；背景干擾為環(huán)境噪聲。被動(dòng)聲納方程：SL-TL-（NL-DI）=DT

式中，SL為噪聲源輻射噪聲的聲源級(jí)。

263、被動(dòng)聲納方程與主動(dòng)聲納相比，被動(dòng)聲納特點(diǎn)：271.8組合聲納參數(shù)組合聲納參數(shù)：幾個(gè)聲納參數(shù)的組合量，它具有明確的物理含義。回聲信號(hào)級(jí)：SL-2TL+TS——加到主動(dòng)聲納接收換能器上的回聲信號(hào)的聲級(jí)；噪聲掩蔽級(jí)：NL-DI+DT——工作在噪聲干擾中的聲納設(shè)備正常工作所需的最低信號(hào)級(jí)；混響掩蔽級(jí)：RL+DT——工作在混響干擾中的聲納設(shè)備正常工作所需的最低信號(hào)級(jí)；271.8組合聲納參數(shù)組合聲納參數(shù)：幾個(gè)聲納參數(shù)的組合量，281.8組合聲納參數(shù)回聲余量：SL-2TL+TS-（NL-DI+DT）——主動(dòng)聲納回聲級(jí)超過(guò)噪聲掩蔽級(jí)的數(shù)量；優(yōu)質(zhì)因數(shù)：SL-（NL-DI+DT）——對(duì)于被動(dòng)聲納，該量規(guī)定最大允許單程傳播損失；對(duì)于主動(dòng)聲納，當(dāng)TS=0時(shí)，該量規(guī)定了最大允許雙程傳播損失；品質(zhì)因數(shù)：SL-（NL-DI）——聲納接收換能器測(cè)得的聲源級(jí)與噪聲級(jí)之差

281.8組合聲納參數(shù)回聲余量：SL-2TL+TS-（NL291.9聲納方程的應(yīng)用及其限制1、聲納方程的應(yīng)用（兩個(gè)基本用途）

聲納設(shè)備性能預(yù)報(bào)：

已知設(shè)備特點(diǎn)和若干參數(shù)，對(duì)其它聲納參數(shù)進(jìn)行估計(jì)（例如估計(jì)最大傳播損失——優(yōu)質(zhì)因數(shù)）；

聲納設(shè)備設(shè)計(jì)：

預(yù)先規(guī)定設(shè)計(jì)設(shè)備的職能及各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)聲納方程綜合評(píng)價(jià)各參數(shù)的影響，對(duì)參數(shù)合理選取和設(shè)備最佳設(shè)計(jì)（例如頻率的選取——DI、TL）。291.9聲納方程的應(yīng)用及其限制1、聲納方程的應(yīng)用（兩個(gè)基302、聲納方程的限制聲納方程是用聲強(qiáng)度來(lái)描述的，而聲強(qiáng)度是聲能流在某一時(shí)間間隔內(nèi)的平均值：長(zhǎng)脈沖信號(hào)，回波信號(hào)的寬度很接近發(fā)射信號(hào)脈沖寬度T當(dāng)聲源發(fā)射聲信號(hào)是很短的脈沖信號(hào)，或者由于介質(zhì)的傳播效應(yīng)、目標(biāo)反射的物理效應(yīng)，接收到回聲信號(hào)波形會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，上式平均值會(huì)得到不確定的結(jié)果，上式不再適用。302、聲納方程的限制聲納方程是用聲強(qiáng)度來(lái)描述的，而聲強(qiáng)度是31作為一種常用的近似，在時(shí)間T內(nèi)對(duì)聲波的能流密度E求平均而得聲強(qiáng)：對(duì)于長(zhǎng)脈沖聲納，T為發(fā)射脈沖寬度，回波脈沖寬度也近似等于此值；對(duì)于短脈沖聲納，T一般不確定，回聲寬度與發(fā)射寬度相差甚大。短脈沖信號(hào)聲納方程中（R.J.Urick）：式中，E是離聲源單位距離處的聲能流密度；是回聲脈沖寬度：31作為一種常用的近似，在時(shí)間T內(nèi)對(duì)聲波的能流密度E求平均而3232333、回聲級(jí)、噪聲掩蔽級(jí)和混響掩蔽級(jí)與距離的關(guān)系

主動(dòng)聲納的背景干擾包括混響和噪聲，它們對(duì)聲納設(shè)備工作的影響不同，應(yīng)用聲納方程需要確定背景干擾類型。（SL-2TL+TS）-（RL+DT）=0（SL-2TL+TS）-（NL-DI+DT）=0QUESTION：如何確定混響還是噪聲是聲納的主要干擾？答：首先畫(huà)出回聲級(jí)、混響掩蔽級(jí)和噪聲掩蔽級(jí)隨距離的變化曲線；333、回聲級(jí)、噪聲掩蔽級(jí)和混響掩蔽級(jí)與距離的關(guān)系34回聲級(jí)、噪聲掩蔽級(jí)和混響掩蔽級(jí)與距離的關(guān)系34回聲級(jí)、噪聲掩蔽級(jí)和混響掩蔽級(jí)與距離的關(guān)系351）回聲和混響都是隨距離而衰減的，而噪聲保持不變。一般，回聲曲線隨距離下降比混響掩蔽級(jí)曲線要快，二者相交于混響限制距離Rr處（由混響聲納方程確定）。而回聲曲線與噪聲掩蔽級(jí)相交于噪聲限制距離Rn處（由噪聲聲納方程確定）。2）對(duì)于噪聲掩蔽級(jí)I，Rr<Rn，聲納設(shè)備正常工作的距離R<Rr，因此聲納作用距離受混響限制，選擇混響聲納方程；3）對(duì)于噪聲掩蔽級(jí)II，Rn<Rr，而聲納設(shè)備正常工作的距離R<Rn，因此聲納作用距離受噪聲限制，選擇噪聲聲納方程。351）回聲和混響都是隨距離而衰減的，而噪聲保持不變。一般，知識(shí)回顧KnowledgeReview知識(shí)回顧KnowledgeReview37第一章緒論第二講聲納方程1第一章緒論第二講聲納方程38本講主要內(nèi)容主動(dòng)聲納方程及其各參數(shù)的概念、物理意義（重、難點(diǎn)）；被動(dòng)聲納方程及其各參數(shù)的概念、物理意義（重、難點(diǎn)）；組合聲納參數(shù)的物理意義（了解）；聲納方程的工程應(yīng)用及限制（重點(diǎn)）。2本講主要內(nèi)容主動(dòng)聲納方程及其各參數(shù)的概念、物理意義（重、難391.5聲納及其工作方式聲納（Sonar—SoundNavigationandRanging）：利用水下聲信息進(jìn)行探測(cè)、識(shí)別、定位、導(dǎo)航和通訊的系統(tǒng)。按照工作方式分類：主動(dòng)聲納和被動(dòng)聲納主動(dòng)聲納信息流程接收陣處理器判決顯示目標(biāo)發(fā)射機(jī)發(fā)射陣信號(hào)源31.5聲納及其工作方式聲納（Sonar—SoundNa40被動(dòng)聲納通過(guò)接收被探測(cè)目標(biāo)（聲源部分）如魚(yú)雷、潛艇等的輻射噪聲，來(lái)實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)探測(cè)。被動(dòng)聲納信息流程接收陣處理器判決顯示目標(biāo)4被動(dòng)聲納通過(guò)接收被探測(cè)目標(biāo)（聲源部分）如魚(yú)雷、潛被動(dòng)聲納信411.6聲納參數(shù)主、被動(dòng)聲納工作信息流程的基本組成：聲信號(hào)傳播介質(zhì)（海水）被探測(cè)目標(biāo)聲納設(shè)備聲納參數(shù)

定義：將影響聲納設(shè)備工作的因素稱為聲納參數(shù)。

51.6聲納參數(shù)主、被動(dòng)聲納工作信息流程的基本組成：421、聲源級(jí)SL

（SourceLevel）聲源級(jí)SL：用來(lái)描述主動(dòng)聲納所發(fā)射的聲信號(hào)的強(qiáng)弱（反應(yīng)發(fā)射器輻射聲功率的大?。┒x：式中，I為發(fā)射器聲軸方向上離聲源聲中心1米處的聲強(qiáng)，I0為參考聲強(qiáng)（均方根聲壓為1微帕的平面波對(duì)應(yīng)的聲強(qiáng)）。

61、聲源級(jí)SL

（SourceLevel）聲源級(jí)SL：用43解釋原因：可以提高輻射信號(hào)的強(qiáng)度，相應(yīng)也提高回聲信號(hào)強(qiáng)度，增加接收信號(hào)的信噪比，從而增加聲納的作用距離。為了提高主動(dòng)聲納的作用距離，將發(fā)射器做成具有一定的發(fā)射指向性，如下圖所示。7解釋原因：可以提高輻射信號(hào)的強(qiáng)度，相應(yīng)也提高回聲信號(hào)強(qiáng)度，44發(fā)射指向性指數(shù)DIT：

式中：ID為指向性發(fā)射器在聲軸上測(cè)得的聲強(qiáng)度；IND為無(wú)指向性發(fā)射器輻射的聲強(qiáng)度。含義：在相同距離上，指向性發(fā)射器聲軸上聲級(jí)高出無(wú)指向性發(fā)射器輻射聲場(chǎng)聲級(jí)的分貝數(shù)；DIT越大，聲能在聲軸方向集中的程度越高；DIT越大，就有利于增加聲納的作用距離。

8發(fā)射指向性指數(shù)DIT：式中：45已知聲功率時(shí)，如何計(jì)算SL？聲源級(jí)與聲功率的關(guān)系：

假設(shè)介質(zhì)無(wú)聲吸收，聲源為點(diǎn)聲源，輻射聲功率為Pa（W），距聲源聲中心1米處聲強(qiáng)度為：1）無(wú)指向性聲源輻射聲功率與聲源級(jí)的關(guān)系：

9已知聲功率時(shí)，如何計(jì)算SL？1）無(wú)指向性聲源輻射聲功率與聲462）指向性聲源輻射聲功率與聲源級(jí)的關(guān)系：

常識(shí)：船用聲納Pa為幾百瓦~幾千瓦，DIT為10~30dB，SL約為210~240dB。102）指向性聲源輻射聲功率與聲源級(jí)的關(guān)系：常識(shí)：船用聲納472、傳播損失TL

（TransmissionLoss）

傳播損失TL定量描述聲波傳播一定距離后聲強(qiáng)度的衰減變化定義：式中，I1是離聲源聲中心1米處的聲強(qiáng)度；Ir離聲源聲中心r

米處的聲強(qiáng)度。

引起聲強(qiáng)衰減的原因：1）由于海水介質(zhì)本身的聲吸收2）聲傳播過(guò)程波陣面的擴(kuò)展3）海水中各種不均勻體的散射112、傳播損失TL

（TransmissionLoss483、目標(biāo)強(qiáng)度TS

（TargetStrength）目標(biāo)反射本領(lǐng)有差異：在同樣入射聲波的照射下，不同目標(biāo)的回波是不一樣的。它除了與入射聲波特性（頻率、波陣面形狀）有關(guān)，還與目標(biāo)的特性（幾何形狀、材料等）有關(guān)。目標(biāo)強(qiáng)度TS定量描述目標(biāo)反射本領(lǐng)的大小定義：式中，Ii是目標(biāo)處入射聲波的強(qiáng)度；Ir離目標(biāo)聲中心1米處的回波強(qiáng)度。123、目標(biāo)強(qiáng)度TS

（TargetStrength）目標(biāo)494、海洋環(huán)境噪聲級(jí)NL

（NoiseLevel）海洋環(huán)境噪聲是由海洋中大量的各種各樣的噪聲源發(fā)出的聲波構(gòu)成的，它是聲納設(shè)備的一種背景干擾。環(huán)境噪聲級(jí)NL是度量環(huán)境噪聲強(qiáng)弱的量定義：式中I0為參考聲強(qiáng)度,IN是測(cè)量帶寬內(nèi)（或1Hz頻帶內(nèi)）的噪聲強(qiáng)度。

Question：海洋內(nèi)部是安靜的嗎？134、海洋環(huán)境噪聲級(jí)NL

（NoiseLevel）海洋環(huán)505、等效平面波混響級(jí)RL

（ReverberationLevel）主動(dòng)聲納的背景干擾：

1)環(huán)境噪聲—一般是平穩(wěn)的和各向同性的

2)混響—是非平穩(wěn)的和非各向同性的等效平面波混響級(jí)RL：

a)定量描述混響干擾的強(qiáng)弱

b)是利用平面波的聲級(jí)來(lái)度量混響場(chǎng)的強(qiáng)弱

c)定義：強(qiáng)度已知的平面波軸向入射到水聽(tīng)器上，水聽(tīng)器輸出電壓值為V；將水聽(tīng)器移置于混響場(chǎng)中，聲軸指向目標(biāo)，水聽(tīng)器輸出電壓值也為V，則該平面波聲級(jí)就是混響級(jí)。

145、等效平面波混響級(jí)RL

（Reverberation516、接收指向性指數(shù)DI

（DirectivityIndex）接收換能器的接收指向性指數(shù)DI定義為：其中，指向性水聽(tīng)器的軸向靈敏度等于無(wú)指向性水聽(tīng)器的靈敏度。QUESTION：何為水聽(tīng)器靈敏度?156、接收指向性指數(shù)DI

（DirectivityInd52水聽(tīng)器靈敏度Sh定義：水聽(tīng)器處的聲壓為p，裝置的開(kāi)路終端電壓是V，則水聽(tīng)器的靈敏度為：例子：已知水聽(tīng)器的靈敏度為-200dB/V，假設(shè)入射平面波的聲壓級(jí)為80dB，問(wèn)其輸出端的開(kāi)路電壓為幾伏？dB/V16水聽(tīng)器靈敏度Sh定義：例子：已知水聽(tīng)器的靈敏度為-20053式中，m為比例常數(shù)；是元立體角。設(shè)水聽(tīng)器的靈敏度為單位值，噪聲場(chǎng)為各向同性的，單位立體角內(nèi)的噪聲功率為Ii，無(wú)指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的均方電壓為：無(wú)指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的均方電壓：17式中，m為比例常數(shù)；是元立體角。設(shè)水聽(tīng)器的靈敏度為單54在同一噪聲場(chǎng)中，指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的均方電壓：其中，b是歸一化的聲束圖函數(shù)，是空間方位角。則接收指向性指數(shù)DI為：18在同一噪聲場(chǎng)中，指向性水聽(tīng)器產(chǎn)生的其中，b是歸一化的聲束55參數(shù)DI只對(duì)各向同性噪聲場(chǎng)中的平面波信號(hào)（是完全相關(guān)信號(hào)）有意義；具有其它方向特性的信號(hào)和噪聲場(chǎng)，需用參數(shù)陣增益來(lái)代替DI。Caution：19參數(shù)DI只對(duì)各向同性噪聲場(chǎng)中的平面波信號(hào)（是完全相關(guān)信號(hào)56對(duì)于幾何形狀簡(jiǎn)單的換能器陣，可用陣尺寸來(lái)表示它的DI值。20對(duì)于幾何形狀簡(jiǎn)單的換能器陣，可用陣尺寸來(lái)表示它的DI值。577、檢測(cè)閾DT

（DetectionThreshold）聲納設(shè)備接收器接收聲納信號(hào)和背景噪聲，兩部分的比值即接收帶寬內(nèi)的信號(hào)功率或均方電壓與1Hz帶寬內(nèi)（或接收帶寬）的噪聲功率或均方電壓的比，它影響設(shè)備的工作質(zhì)量，比值越高，設(shè)備就能正常工作，“判決”就越可信。檢測(cè)閾DT是設(shè)備剛好能正常工作所需的處理器輸入端的信噪比值定義：

常識(shí)：對(duì)于同種職能的聲納設(shè)備，檢測(cè)閾值較低的設(shè)備，其處理能力強(qiáng)，性能也好。

217、檢測(cè)閾DT

（DetectionThreshold581.7聲納方程

聲納方程：綜合考慮水聲所特有的各種現(xiàn)象和效應(yīng)對(duì)聲納設(shè)備的設(shè)計(jì)和應(yīng)用所產(chǎn)生影響的關(guān)系式。它將海水介質(zhì)、聲納目標(biāo)和聲納設(shè)備的作用聯(lián)系在一起。1、基本考慮聲納方程的基本原則：信號(hào)級(jí)—背景干擾級(jí)=檢測(cè)閾（剛好完成預(yù)定職能）背景干擾級(jí)的含義：設(shè)備工作帶寬內(nèi)部分背景噪聲才起干擾作用。221.7聲納方程聲納方程：592、主動(dòng)聲納方程收發(fā)合置的主動(dòng)聲納信號(hào)強(qiáng)度變化如下圖：232、主動(dòng)聲納方程收發(fā)合置的主動(dòng)聲納信號(hào)強(qiáng)度變化如下圖：60回聲信號(hào)級(jí)（信號(hào)級(jí)）：回聲到達(dá)接收陣的聲級(jí)

SL-2TL+TS背景干擾級(jí)：

NL-DI（接收陣接收指向性指數(shù)壓低背景噪聲）Caution：換能器聲軸指向目標(biāo)，回聲信號(hào)不會(huì)被接收指向性指數(shù)壓低。處理器處的電信號(hào)的信噪比：

（SL-2TL+TS）-（NL-DI）24回聲信號(hào)級(jí)（信號(hào)級(jí)）：回聲到達(dá)接收陣的聲級(jí)61

主動(dòng)聲納方程（噪聲背景）：

（SL-2TL+TS）-（NL-DI）=DTCaution：適用于收發(fā)合置型聲納，對(duì)于收發(fā)分置聲納，往返傳播損失不能簡(jiǎn)單用2TL表示；適用于背景干擾為各向同性的環(huán)境噪聲情況。

主動(dòng)聲納方程（混響背景）：SL-2TL+TS-RL=DT

Caution：適用于收發(fā)合置型聲納，對(duì)于收發(fā)分置聲納，往返傳播損失不能簡(jiǎn)單用2TL表示；適用于背景干擾為混響的情況。25主動(dòng)聲納方程（噪聲背景）：623、被動(dòng)聲納方程

與主動(dòng)聲納相比，被動(dòng)聲納特點(diǎn)：噪聲源發(fā)出的噪聲直接由噪聲源傳播至接收換能器；噪聲源發(fā)出的噪聲不經(jīng)目標(biāo)反射，即無(wú)TS；背景干擾為環(huán)境噪聲。被動(dòng)聲納方程：SL-TL-（NL-DI）=DT

式中，SL為噪聲源輻射噪聲的聲源級(jí)。

263、被動(dòng)聲納方程與主動(dòng)聲納相比，被動(dòng)聲納特點(diǎn)：631.8組合聲納參數(shù)組合聲納參數(shù)：幾個(gè)聲納參數(shù)的組合量，它具有明確的物理含義?；芈曅盘?hào)級(jí)：SL-2TL+TS——加到主動(dòng)聲納接收換能器上的回聲信號(hào)的聲級(jí)；噪聲掩蔽級(jí)：NL-DI+DT——工作在噪聲干擾中的聲納設(shè)備正常工作所需的最低信號(hào)級(jí)；混響掩蔽級(jí)：RL+DT——工作在混響干擾中的聲納設(shè)備正常工作所需的最低信號(hào)級(jí)；271.8組合聲納參數(shù)組合聲納參數(shù)：幾個(gè)聲納參數(shù)的組合量，641.8組合聲納參數(shù)回聲余量：SL-2TL+TS-（NL-DI+DT）——主動(dòng)聲納回聲級(jí)超過(guò)噪聲掩蔽級(jí)的數(shù)量；優(yōu)質(zhì)因數(shù)：SL-（NL-DI+DT）——對(duì)于被動(dòng)聲納，該量規(guī)定最大允許單程傳播損失；對(duì)于主動(dòng)聲納，當(dāng)TS=0時(shí)，該量規(guī)定了最大允許雙程傳播損失；品質(zhì)因數(shù)：SL-（NL-DI）——聲納接收換能器測(cè)得的聲源級(jí)與噪聲級(jí)之差

281.8組合聲納參數(shù)回聲余量：SL-2TL+TS-（NL651.9聲納方程的應(yīng)用及其限制1、聲納方程的應(yīng)用（兩個(gè)基本用途）

聲納設(shè)備性能預(yù)報(bào)：

已知設(shè)備特點(diǎn)和若干參數(shù)，對(duì)其它聲納參數(shù)進(jìn)行估計(jì)（例如估計(jì)最大傳