聲吶技術(shù)及其發(fā)展、應(yīng)用和影響
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作者:proc903e2
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發(fā)布時間: 2020-12-15
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水聲學(xué)是指研究水下聲波的產(chǎn)生、輻射、傳播、接收和量度，并用以解決與水下目標探測及信息傳輸有關(guān)的各種問題的一門聲學(xué)分支學(xué)科。在海水中聲波的衰減遠比電磁波為小，故聲波是海水中探測目標和傳遞信息的有效工具，因而水聲學(xué)的發(fā)展對提高現(xiàn)代海軍的反潛作戰(zhàn)能力起著重要作用。同時水聲學(xué)在民用如導(dǎo)航、海底地質(zhì)考察和石油勘探、漁業(yè)方面均有廣泛應(yīng)用。
表面層中的聲速對溫度和風(fēng)的作用很敏感，有明顯的季節(jié)變化和日變化。在表面層以下約千米深度內(nèi)，溫度隨深度而下降，使聲速也隨深度下降，具有較強的負聲速梯度，稱為主躍變層。最下面的稱為深海等溫層，層中海水處于冷而均勻的穩(wěn)定狀態(tài)，聲速隨著深度的增加而增加。在主躍變層的負聲速梯度和深海等溫層的正聲速梯度之間存在一個定速極小值(聲道軸)，形成較穩(wěn)定的深海聲道——聲發(fā)聲道。
在沿岸淺海及大陸架上，聲速剖面受較多的因素影響，有較強的地區(qū)變異性和短時間不穩(wěn)定性。但平均而言，仍有比較明顯的季節(jié)特征。在冬季的典型聲速剖面是等溫層，在夏季往往是負躍層或負梯度。
在淺海，由海面和海底構(gòu)成淺海聲道，聲波在聲道中由海面和海底不斷反射而傳播。海底的聲反射特性，特別是小掠射角的海底反射損失，是淺海聲場分析和聲吶作用距離預(yù)報的重要參量，它決定于海底的底質(zhì)和結(jié)構(gòu)。
當聲傳播水平距離不特別遠(幾百千米以內(nèi))時，往往把海洋看作分層媒質(zhì)，分層媒質(zhì)中的波動理論在60年代已達到較為成熟的階段。海洋中存在著大量散射體以及起伏不平的界面。當聲源發(fā)射聲波以后，碰到這些散射體，就會引起聲能在各個方向上重新分配，即產(chǎn)生散射波，其中返回到接收點的散射波的總和稱為混響。
混響是主動式聲吶的主要干擾。由產(chǎn)生混響的散射體不同性質(zhì)，可分為體積混響、海面混響和海底混響。對混響的研究大體上分為能量規(guī)律和統(tǒng)計規(guī)律兩個方面，混響的能量規(guī)律的理論分析以聲波在海洋中的傳播理論和散射理論的結(jié)合為出發(fā)點，主要涉及混響強度同信號參量和環(huán)境因素的聯(lián)系以及衰減規(guī)律。
隨著聲納信號處理技術(shù)的發(fā)展，接收機輸出數(shù)據(jù)率不斷提高，靠聲納員來辨認出目標并測定其參量是很困難的，這就發(fā)展了機器輔助檢測和自動檢測的技術(shù)。雖然水聲信號處理的理論與雷達很相似，但由于水聲信道的復(fù)雜性，仍有許多不同之處。
①深?；旌蠈勇暤?br /> 它使掠射角小于在混合層底部（即下邊界）發(fā)生反轉(zhuǎn)的臨界角，使聲線保持在聲道中，從而形成較為良好的聲波傳播通道。在層的下面產(chǎn)生聲影區(qū)，由于海面的聲散射以及聲道下邊界引起的衍射，一些能量進入了影區(qū)，故影區(qū)不是完全無聲的。混合層聲道的傳播損失除了幾何擴展和吸收衰減外，還包括泄漏衰減。當頻率低于第1號簡正波的截止頻率時，這種聲道作用不復(fù)存在。
②深海聲發(fā)聲道
聲發(fā)(sofar)聲道詞意來源于SOFAR系統(tǒng)營救墜海失事的飛行員。當聲源置于聲道軸附近時，由于聲線向聲速較小處彎曲，使一定掠射角內(nèi)的聲線不觸及海面和海底而被保留在聲道內(nèi)。它的傳播損失只包括吸收衰減和幾何擴展，因此，對于較低頻率的聲波，由于吸收很小，能夠傳播得非常遠。這種超遠傳播現(xiàn)象在40年代就已被發(fā)現(xiàn)。已經(jīng)證明，幾千克三硝基甲苯的爆炸聲能夠在海洋中6000km遠處被收聽到。
③會聚區(qū)
越靠近聲道軸的聲線攜帶的能量越大，所以接收信號的幅值隨時間緩慢上升，到沿聲道軸聲線到達時取最大值，爾后突然截止。在聲道中，由于鄰近射線的交會形成聲強度較強的焦散區(qū)。由交會而構(gòu)成的包絡(luò)線稱焦散線，焦散線相交海面的區(qū)域稱會聚區(qū)。會聚區(qū)中的峰值聲強級有超過球面擴展加吸收達25dB的會聚增益，通常取10～15dB。會聚區(qū)寬度的數(shù)量級約為距離的5%～10%，而第一會聚區(qū)寬度約為5.5km。理論預(yù)言，在中國南海表面聲速小于底部聲速的海洋中也存在較強的反轉(zhuǎn)點會聚區(qū)，結(jié)果已被實驗證實。利用會聚區(qū)實現(xiàn)遠程探測已成為現(xiàn)役聲吶的一種重要工作方式。此外，還有相對次要的海底反射束傳播方式。
①均勻?qū)勇晥?br /> 它是淺海聲場中最簡單、也是最基本的情況。C.L.皮克里斯首先以均勻液態(tài)海底模型及兩液層海底模型討論了均勻淺海中爆炸聲的傳播問題，為水聲場的簡正波理論作了開創(chuàng)性的工作。
②負梯度聲場
在夏季無風(fēng)天氣，由于太陽照射造成聲速隨深度下降，形成負梯度聲速剖面。淺海負梯度的平滑平均場強也存在類似的四個場區(qū)，但由于聲速負梯度所引起的聲線向下彎曲，使聲線以較大的角度觸及海底，導(dǎo)致聲線碰撞海底的次數(shù)增加，并且每次碰撞又有較大的反射損失，使聲能漏出聲道的效應(yīng)顯著地大于均勻?qū)?，場強以更快的速度隨距離而衰減。當水平距離足夠遠，在水中反轉(zhuǎn)的聲線起主要作用時，會出現(xiàn)明顯的聲場深度結(jié)構(gòu)，越靠近海底場強越強。
③溫躍層聲場
水聲信號的起伏和散射是由于海洋中存在著隨機不均勻體，它們主要可分為三類：①海面和海底的隨機不平整；②湍流引起的熱微結(jié)構(gòu)；③內(nèi)波引起的聲速變化。這三類不均勻體的前向散射或?qū)β暡ㄏ辔坏臄_動，則形成信號場的起伏，它們引起的聲場起伏的規(guī)律也各不相同。水聲信號場的起伏和散射是一個十分復(fù)雜的問題。到為止，還只有抽取某項主要機理而簡化其他因素加以研究。
是研究的重要課題，它簡化為隨機起伏表面所限制的均勻半空間中的聲場起伏問題，理論分析方法基本上有兩種：①從格林公式和相應(yīng)的軟邊界條件出發(fā)，再假定表面的不平整性足夠平緩，而得到解析解。②直接尋求起伏表面的平均反射系數(shù)，它適用于絕對軟或絕對硬的界面，同時也只適用界面粗糙度較小，因而散射場的隨機分量遠小于平均分量的特殊情況。對于一般的情況還待于發(fā)展新的理論分析方法。
湍流引起的各向同性分量的溫度起伏場對于聲速有擾動。聲信號相對振幅的起伏同相位起伏的均方值相等，而且正比于波數(shù)的二次方、媒質(zhì)折射率起伏的均方值和相關(guān)半徑以及傳播的距離。內(nèi)波引起的聲起伏內(nèi)波屬于重力波。近年來，關(guān)于低頻遠距離聲傳播起伏的實驗結(jié)果表明：聲信號在數(shù)分鐘以至數(shù)小時時間尺度上，相位相當穩(wěn)定，而振幅卻有相當快的隨機起伏，即振幅起伏與相位起伏具有完全不同的時間尺度，這與由湍流的弱散理論得到的結(jié)論完全不同。所以，這個研究課題引起了水聲和海洋動力學(xué)的很大注意。
研究認為，內(nèi)波對聲場起伏起主要作用的頻率范圍是慣性頻率和韋伊塞萊頻率之間，在慣性頻率以下，對聲場起伏起主要作用的是內(nèi)潮的活動。對于深海內(nèi)波已取得不少實驗資料，突出地反映在由C.加勒特和W.H.蒙克提出的G-M譜。但是對于淺海內(nèi)波的研究，在國際上還處于初級階段。
由中國淺海的內(nèi)波研究表明，由于存在尖銳的負躍層等因素，它具有與深海內(nèi)波明顯不同的某些特性。①在夏季典型負躍層條件下，聲振幅起伏可達20dB，而在同一海區(qū)，冬季典型均勻?qū)樱o內(nèi)波）條件下，聲振幅起伏一般不大于數(shù)分貝；②聲振幅起伏與內(nèi)波的活動程度有很強的關(guān)聯(lián)性；③聲相位起伏主要出接收信號振幅出現(xiàn)最小值的附近一段時間；④聲相位和振幅起伏譜并非隨頻率平滑下降，在內(nèi)波譜出現(xiàn)峰值處，起伏譜也出現(xiàn)相應(yīng)的峰值，特別是在周期為8～10min處，這種周期成分出現(xiàn)大起大落的現(xiàn)象。
由上所述可見：高頻近距離的聲場起伏可用于研究海浪和小標度湍流；低頻中遠距離的聲場起伏在慣性頻率和韋伊塞萊頻率之間的相位和振幅譜可用于研究內(nèi)波；在慣性頻率以下的超低頻相位和振幅譜可用于研究內(nèi)潮。海洋中的大尺度漩渦的運動規(guī)律也可用聲學(xué)方法進行遙測。從而發(fā)展成為一種新型的水聲學(xué)遙感方法，這種以聲波傳播作為積分探頭來探測海洋的問題已日益受到重視。
主動聲吶探測中，目標反射特性與發(fā)射信號波形一起構(gòu)成信號源的特性。在聲吶方程中，用目標強度這一參量來描寫目標反射能力，目標強度的定義是將距離目標的“聲學(xué)中心”1m處由目標反射回來的聲強與在同一方向上由遠處入射的聲強之比，取分貝(dB)表示。
潛艇、魚雷、水雷或魚等海洋生物等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的水下目標的反射聲的形成過程是多種的，主要有：①鏡反射；②表面上有規(guī)則性的散射，不規(guī)則性就是曲率半徑小于波長的棱角、邊緣等；③聲透入目標內(nèi)部，引起內(nèi)反射聲波；④共振效應(yīng)，某些入射波頻率和方位可以激起目標不同的振動模式，往往會提高目標強度。
水下目標的反射聲與入射聲相比，經(jīng)常具有如下特征：①多普勒頻移；②脈沖聲信號的持續(xù)時間拉長；③回聲包絡(luò)的不規(guī)則性；④調(diào)制效應(yīng)，艦船的螺旋槳可調(diào)制尾部方向的反射聲，同時，船殼和尾流的所合成的回聲包絡(luò)，由于兩者頻率不同會出現(xiàn)拍頻或振幅變化。
對于像潛艇這樣形狀和結(jié)構(gòu)都非常復(fù)雜的反射體，在理論上計算目標強度是非常困難的，雖然作了大量實測研究，但到為止，仍有許多問題有待深入。艦船、潛艇和魚雷的噪聲源可分為三大類：①機械噪聲，②螺旋槳噪聲，③水動力噪聲。在多數(shù)情況下，機械噪聲和螺旋槳噪聲是主要的輻射噪聲。這兩種噪聲中哪一種更重要取決于頻率、航速和深度。
但在特殊情況下，如在結(jié)構(gòu)部件或空腔被激勵成線譜噪聲源時，水動力噪聲有可能成為主要噪聲源。①機械噪聲。主機、輔機、空調(diào)設(shè)備等機械引起的噪聲，它們可以看成是強線譜和弱連續(xù)譜的疊加。②螺旋槳噪聲。主要由螺旋槳的空化噪聲和水流通過螺旋槳產(chǎn)生單頻噪聲分量所組成?？栈肼曌V是連的，并存在一個峰，對艦船、潛艇，這個峰值通常在100～1000Hz范圍內(nèi)。空化噪聲的正橫方向明顯大于船首尾方向。單頻噪聲分量包括頻率較高的葉片共振(千赫范圍)和頻率較低的“葉片速率”線譜。艦船輻射噪聲是一種隨機信號，包括有連續(xù)譜、線譜以及有規(guī)調(diào)制的動態(tài)譜，因而在頻率域－時間域上表現(xiàn)出的特征有：譜、音色、節(jié)奏等。
來源：溪流之海洋人生
一、水下聲道
產(chǎn)生海洋傳播聲道的條件是海洋邊界及特定聲速剖面，聲速剖面就是海洋的聲速分層結(jié)構(gòu)。海水中的聲速是溫度、鹽度和靜壓力(深度)的函數(shù)，它大致分為三層：表面層、主躍變層和深海等溫層。
表面層中的聲速對溫度和風(fēng)的作用很敏感，有明顯的季節(jié)變化和日變化。在表面層以下約千米深度內(nèi)，溫度隨深度而下降，使聲速也隨深度下降，具有較強的負聲速梯度，稱為主躍變層。最下面的稱為深海等溫層，層中海水處于冷而均勻的穩(wěn)定狀態(tài)，聲速隨著深度的增加而增加。在主躍變層的負聲速梯度和深海等溫層的正聲速梯度之間存在一個定速極小值(聲道軸)，形成較穩(wěn)定的深海聲道——聲發(fā)聲道。
在沿岸淺海及大陸架上，聲速剖面受較多的因素影響，有較強的地區(qū)變異性和短時間不穩(wěn)定性。但平均而言，仍有比較明顯的季節(jié)特征。在冬季的典型聲速剖面是等溫層，在夏季往往是負躍層或負梯度。
當聲傳播水平距離不特別遠(幾百千米以內(nèi))時，往往把海洋看作分層媒質(zhì)，分層媒質(zhì)中的波動理論在60年代已達到較為成熟的階段。海洋中存在著大量散射體以及起伏不平的界面。當聲源發(fā)射聲波以后，碰到這些散射體，就會引起聲能在各個方向上重新分配，即產(chǎn)生散射波，其中返回到接收點的散射波的總和稱為混響。
混響是主動式聲吶的主要干擾。由產(chǎn)生混響的散射體不同性質(zhì)，可分為體積混響、海面混響和海底混響。對混響的研究大體上分為能量規(guī)律和統(tǒng)計規(guī)律兩個方面，混響的能量規(guī)律的理論分析以聲波在海洋中的傳播理論和散射理論的結(jié)合為出發(fā)點，主要涉及混響強度同信號參量和環(huán)境因素的聯(lián)系以及衰減規(guī)律。
隨著聲納信號處理技術(shù)的發(fā)展，接收機輸出數(shù)據(jù)率不斷提高，靠聲納員來辨認出目標并測定其參量是很困難的，這就發(fā)展了機器輔助檢測和自動檢測的技術(shù)。雖然水聲信號處理的理論與雷達很相似，但由于水聲信道的復(fù)雜性，仍有許多不同之處。
01深海中的聲傳播
通過混合層聲道、聲發(fā)聲道和會聚區(qū)等方式傳播。①深?；旌蠈勇暤?br /> 它使掠射角小于在混合層底部（即下邊界）發(fā)生反轉(zhuǎn)的臨界角，使聲線保持在聲道中，從而形成較為良好的聲波傳播通道。在層的下面產(chǎn)生聲影區(qū)，由于海面的聲散射以及聲道下邊界引起的衍射，一些能量進入了影區(qū)，故影區(qū)不是完全無聲的。混合層聲道的傳播損失除了幾何擴展和吸收衰減外，還包括泄漏衰減。當頻率低于第1號簡正波的截止頻率時，這種聲道作用不復(fù)存在。
②深海聲發(fā)聲道
聲發(fā)(sofar)聲道詞意來源于SOFAR系統(tǒng)營救墜海失事的飛行員。當聲源置于聲道軸附近時，由于聲線向聲速較小處彎曲，使一定掠射角內(nèi)的聲線不觸及海面和海底而被保留在聲道內(nèi)。它的傳播損失只包括吸收衰減和幾何擴展，因此，對于較低頻率的聲波，由于吸收很小，能夠傳播得非常遠。這種超遠傳播現(xiàn)象在40年代就已被發(fā)現(xiàn)。已經(jīng)證明，幾千克三硝基甲苯的爆炸聲能夠在海洋中6000km遠處被收聽到。
③會聚區(qū)
越靠近聲道軸的聲線攜帶的能量越大，所以接收信號的幅值隨時間緩慢上升，到沿聲道軸聲線到達時取最大值，爾后突然截止。在聲道中，由于鄰近射線的交會形成聲強度較強的焦散區(qū)。由交會而構(gòu)成的包絡(luò)線稱焦散線，焦散線相交海面的區(qū)域稱會聚區(qū)。會聚區(qū)中的峰值聲強級有超過球面擴展加吸收達25dB的會聚增益，通常取10～15dB。會聚區(qū)寬度的數(shù)量級約為距離的5%～10%，而第一會聚區(qū)寬度約為5.5km。理論預(yù)言，在中國南海表面聲速小于底部聲速的海洋中也存在較強的反轉(zhuǎn)點會聚區(qū)，結(jié)果已被實驗證實。利用會聚區(qū)實現(xiàn)遠程探測已成為現(xiàn)役聲吶的一種重要工作方式。此外，還有相對次要的海底反射束傳播方式。
02淺海中的聲傳播
由于海底參與作用，使淺海聲道比深海聲道還要復(fù)雜。①均勻?qū)勇晥?br /> 它是淺海聲場中最簡單、也是最基本的情況。C.L.皮克里斯首先以均勻液態(tài)海底模型及兩液層海底模型討論了均勻淺海中爆炸聲的傳播問題，為水聲場的簡正波理論作了開創(chuàng)性的工作。
②負梯度聲場
在夏季無風(fēng)天氣，由于太陽照射造成聲速隨深度下降，形成負梯度聲速剖面。淺海負梯度的平滑平均場強也存在類似的四個場區(qū)，但由于聲速負梯度所引起的聲線向下彎曲，使聲線以較大的角度觸及海底，導(dǎo)致聲線碰撞海底的次數(shù)增加，并且每次碰撞又有較大的反射損失，使聲能漏出聲道的效應(yīng)顯著地大于均勻?qū)?，場強以更快的速度隨距離而衰減。當水平距離足夠遠，在水中反轉(zhuǎn)的聲線起主要作用時，會出現(xiàn)明顯的聲場深度結(jié)構(gòu)，越靠近海底場強越強。
③溫躍層聲場
在夏季有風(fēng)天氣，淺海表面在風(fēng)攪混下形成等溫層，而海洋下部的海水仍殘留有冷水特性，溫度會在當中一薄層內(nèi)由上面較暖的等溫層過渡到下面較冷的等溫層，使得聲速也發(fā)生相應(yīng)的劇烈變化，從而形成夏季的另一種典型淺海聲道──溫躍層聲道。在有溫躍層（通常是負躍層）的海洋中，當聲源置于溫躍層以下時，只有大掠射聲線才可以穿透溫躍層，小掠射角聲線被溫躍層反射而保留在下層，這些聲線的海底反射損失小，傳播衰減一般小于大掠射角的情況。因此，當水平距離足夠遠時，溫躍層下的場強顯著地大于溫躍層上的場強。反映這種場強深度結(jié)構(gòu)的物理量稱為穿透比，它被定義為下發(fā)下收的場強與上發(fā)下收(或下發(fā)上收)的場強之比。另外，由于聲線管的擴張，上發(fā)上收的場強也大于上發(fā)下收的場強。
在淺海聲道中，多途效應(yīng)（參加疊加聲場的各號簡正波具有不同的群速度，或到達接收點的聲線有不同的路徑）使得寬帶脈沖聲信號在傳播過程中不斷畸變。在均勻?qū)雍拓撎荻惹闆r主要表現(xiàn)為波形的拖散，而在負躍層情況將會有規(guī)則的梳狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)。
03聲場數(shù)值預(yù)報
由于海洋媒質(zhì)的時空多變性，在許多實際應(yīng)用中，利用快速計算機，根據(jù)海洋環(huán)境參量的測定值或預(yù)報值，在建立了能夠反映海洋環(huán)境因素對聲場的制約關(guān)系的理論模型基礎(chǔ)上，進行海洋聲場數(shù)值預(yù)報成為當前亟待研究的重要課題。所發(fā)展的預(yù)報方法有五種：①射線算法；②簡正波算法；③拋物方程算法;④快速聲場程序(FFP)算法；⑤水平射線－垂直簡正波法。每一種算法都各有其優(yōu)缺點，要針對具體問題的性質(zhì)作適當選擇。
二、水聲信號場
水聲信號的起伏和散射是由于海洋中存在著隨機不均勻體，它們主要可分為三類：①海面和海底的隨機不平整；②湍流引起的熱微結(jié)構(gòu)；③內(nèi)波引起的聲速變化。這三類不均勻體的前向散射或?qū)β暡ㄏ辔坏臄_動，則形成信號場的起伏，它們引起的聲場起伏的規(guī)律也各不相同。水聲信號場的起伏和散射是一個十分復(fù)雜的問題。到為止，還只有抽取某項主要機理而簡化其他因素加以研究。
01海面波浪引起的聲起伏
是研究的重要課題，它簡化為隨機起伏表面所限制的均勻半空間中的聲場起伏問題，理論分析方法基本上有兩種：①從格林公式和相應(yīng)的軟邊界條件出發(fā)，再假定表面的不平整性足夠平緩，而得到解析解。②直接尋求起伏表面的平均反射系數(shù)，它適用于絕對軟或絕對硬的界面，同時也只適用界面粗糙度較小，因而散射場的隨機分量遠小于平均分量的特殊情況。對于一般的情況還待于發(fā)展新的理論分析方法。
02湍流引起的聲起伏
湍流引起的各向同性分量的溫度起伏場對于聲速有擾動。聲信號相對振幅的起伏同相位起伏的均方值相等，而且正比于波數(shù)的二次方、媒質(zhì)折射率起伏的均方值和相關(guān)半徑以及傳播的距離。內(nèi)波引起的聲起伏內(nèi)波屬于重力波。近年來，關(guān)于低頻遠距離聲傳播起伏的實驗結(jié)果表明：聲信號在數(shù)分鐘以至數(shù)小時時間尺度上，相位相當穩(wěn)定，而振幅卻有相當快的隨機起伏，即振幅起伏與相位起伏具有完全不同的時間尺度，這與由湍流的弱散理論得到的結(jié)論完全不同。所以，這個研究課題引起了水聲和海洋動力學(xué)的很大注意。
研究認為，內(nèi)波對聲場起伏起主要作用的頻率范圍是慣性頻率和韋伊塞萊頻率之間，在慣性頻率以下，對聲場起伏起主要作用的是內(nèi)潮的活動。對于深海內(nèi)波已取得不少實驗資料，突出地反映在由C.加勒特和W.H.蒙克提出的G-M譜。但是對于淺海內(nèi)波的研究，在國際上還處于初級階段。
由中國淺海的內(nèi)波研究表明，由于存在尖銳的負躍層等因素，它具有與深海內(nèi)波明顯不同的某些特性。①在夏季典型負躍層條件下，聲振幅起伏可達20dB，而在同一海區(qū)，冬季典型均勻?qū)樱o內(nèi)波）條件下，聲振幅起伏一般不大于數(shù)分貝；②聲振幅起伏與內(nèi)波的活動程度有很強的關(guān)聯(lián)性；③聲相位起伏主要出接收信號振幅出現(xiàn)最小值的附近一段時間；④聲相位和振幅起伏譜并非隨頻率平滑下降，在內(nèi)波譜出現(xiàn)峰值處，起伏譜也出現(xiàn)相應(yīng)的峰值，特別是在周期為8～10min處，這種周期成分出現(xiàn)大起大落的現(xiàn)象。
由上所述可見：高頻近距離的聲場起伏可用于研究海浪和小標度湍流；低頻中遠距離的聲場起伏在慣性頻率和韋伊塞萊頻率之間的相位和振幅譜可用于研究內(nèi)波；在慣性頻率以下的超低頻相位和振幅譜可用于研究內(nèi)潮。海洋中的大尺度漩渦的運動規(guī)律也可用聲學(xué)方法進行遙測。從而發(fā)展成為一種新型的水聲學(xué)遙感方法，這種以聲波傳播作為積分探頭來探測海洋的問題已日益受到重視。
03目標反射和艦船輻射噪聲
主動聲吶探測中，目標反射特性與發(fā)射信號波形一起構(gòu)成信號源的特性。在聲吶方程中，用目標強度這一參量來描寫目標反射能力，目標強度的定義是將距離目標的“聲學(xué)中心”1m處由目標反射回來的聲強與在同一方向上由遠處入射的聲強之比，取分貝(dB)表示。
潛艇、魚雷、水雷或魚等海洋生物等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的水下目標的反射聲的形成過程是多種的，主要有：①鏡反射；②表面上有規(guī)則性的散射，不規(guī)則性就是曲率半徑小于波長的棱角、邊緣等；③聲透入目標內(nèi)部，引起內(nèi)反射聲波；④共振效應(yīng)，某些入射波頻率和方位可以激起目標不同的振動模式，往往會提高目標強度。
水下目標的反射聲與入射聲相比，經(jīng)常具有如下特征：①多普勒頻移；②脈沖聲信號的持續(xù)時間拉長；③回聲包絡(luò)的不規(guī)則性；④調(diào)制效應(yīng)，艦船的螺旋槳可調(diào)制尾部方向的反射聲，同時，船殼和尾流的所合成的回聲包絡(luò)，由于兩者頻率不同會出現(xiàn)拍頻或振幅變化。
對于像潛艇這樣形狀和結(jié)構(gòu)都非常復(fù)雜的反射體，在理論上計算目標強度是非常困難的，雖然作了大量實測研究，但到為止，仍有許多問題有待深入。艦船、潛艇和魚雷的噪聲源可分為三大類：①機械噪聲，②螺旋槳噪聲，③水動力噪聲。在多數(shù)情況下，機械噪聲和螺旋槳噪聲是主要的輻射噪聲。這兩種噪聲中哪一種更重要取決于頻率、航速和深度。
但在特殊情況下，如在結(jié)構(gòu)部件或空腔被激勵成線譜噪聲源時，水動力噪聲有可能成為主要噪聲源。①機械噪聲。主機、輔機、空調(diào)設(shè)備等機械引起的噪聲，它們可以看成是強線譜和弱連續(xù)譜的疊加。②螺旋槳噪聲。主要由螺旋槳的空化噪聲和水流通過螺旋槳產(chǎn)生單頻噪聲分量所組成?？栈肼曌V是連的，并存在一個峰，對艦船、潛艇，這個峰值通常在100～1000Hz范圍內(nèi)。空化噪聲的正橫方向明顯大于船首尾方向。單頻噪聲分量包括頻率較高的葉片共振(千赫范圍)和頻率較低的“葉片速率”線譜。艦船輻射噪聲是一種隨機信號，包括有連續(xù)譜、線譜以及有規(guī)調(diào)制的動態(tài)譜，因而在頻率域－時間域上表現(xiàn)出的特征有：譜、音色、節(jié)奏等。
來源：溪流之海洋人生
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