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(完整word)哈工程＜＜水声学＞＞教案
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《水声学》

2005～2006学年第一学期
教案

水声工程学院编
2005年12月

第一章绪论
声波在水中的传播性能最好：
在海水中，光波和无线电波的传播衰减都非常大，传播距离有限；
声波在水中的传播性能好得多：利用深海声道效应,人们可以在5000公里以外，清晰地接收到几磅TNT炸药爆炸时所辐射的声信号（1公斤＝2.2磅)。
1.1水声学发展简史
水声学的迅速发展：始于第二次世界大战初期
声纳起源:1490年，意大利列昂纳多•芬奇在摘记中写道:“如果使船停航，将长管的一端插入水中，而将管的开口放在耳旁，则能听到远处的航船.”—-它是人类利用水声探测水下目标的最早记载，这种原始“声纳”一直到第一次世界大战还广为采用。
水声的第一次定量测量:1827年，瑞士物理学家D。Colladon和法国数学家C。Sturm合作，在日内瓦测量了声速，测得的声速值为1435米/秒,与现代测量值十分接近.
水声换能进展:1840年，焦耳发现了磁致伸缩效应，1880年皮埃尔•居里发现了压电效应；在此基础上，后人支撑和发展了水声压电换能器和磁滞伸缩换能器，实现水中电能和声能之间的转换。
水声第一个回声定位方案：1912年,英国“泰坦尼克号”和冰山相撞海难事件发生后不久,英国人L。F.Richardson提出水下回声定位方案，他本人未能实现这一方案。
军用声纳发展（第一次世界大战)：第一次世界大战后期，反潜成为一个主要研究方向；法国物理学家B.Langeven和俄国电气工程师C。Chilowsky采用电容发射器和碳粒接收器作了水下目标的探测实验，1916年接收到海底回波和200米以外的一块装甲板的回波；1917年Langeven研究成功了石英－钢夹心换能器,并利用了真空管放大器,首次将电子学应用于水声技术；1918年,成功地探测到1500米以外的水下潜艇的反射声。他首次实现了利用回声探测水下目标。
第一次世界大战后：水声技持续发展，1925年研制用于传播导航的水声设备-—回声测深仪。
第二次世界大战：进一步推动水声技术的发展，取得很多成果：主、被动声纳，水声制导鱼雷，音响水雷和扫描声纳等。
第二次世界大战后：随着电子信息技术和水声技术的迅速发展，形成了低频、大功率、大基阵和综合信号处理为特征的新一代声纳.近年来,最佳时空增益处理机理论的发展、信号处理的自适应技术和大规模集成电路的应用,又酝酿更新一代水声设备的诞生.
水声物理研究：在两次大战期间,人们对海水中声波传播规律了解甚少,感到探测距离随季节和一天的“早、中、晚"变化莫测,使水声设备的使用受到限制，“下午效应”就是这方面的一个例子。促进各海军国进行水声物理方面的一系列研究，得到了理论和实验的总结规律:海水中声速分布及其对声传播的影响；用射线理论分析海洋中声传规律；海洋中声传播衰减规律和吸收机理；海底、海面的声学特性及对传播的影响；舰船噪声、混响，海洋环境噪声等水声干扰特性的了解；舰船等目标的反射本领等.为水声设备合理选择参数提供依据,形成一门独立学科。
二次世界大战后，水声技术在民用方面的应用日益广泛，海洋开发、捕鱼、海底地质测绘、导航、水下机器人研制等方面都有水声设备的应用.
1。2水声学的研究对象

水声物理：从水声场的物理特性分析出发，主要研究海水介质及其边界（海底、海面）的声学特性和声波在海水介质中的传播时所遵循的规律,及其对水声设备工作的影响.
水声信道(声信息的传输通道）复杂、多变的，声传播现象也是复杂、多变的。
水声工程：包括水下声系统和水声技术两方面。
水下声系统：是水声换能器及基阵，实现水下声能与电能之间的转换，研究内容主要为换能器材料、结构、制作及其辐射、接收特性等。
《水声换能器及基阵》，周福洪编著
水声技术：广义-—声波在水中完成某种职能的有关技术。
狭义——水声信号处理、显示技术，主要研究声信号在水中传播时的特性和背景干扰（噪声和混响）的统计特性,在此基础上设计最佳时、空处理方案,实现信号检测,并完成目标参数估计和目标识别。
《水声信号处理基础》，钱秋珊、陆根源编
1.3水声学的应用
水声的军事应用：
水雷引爆:压敏水雷、音响水雷
制导鱼雷：主、被动制导
舰载声纳:A/N—SQS-26
拖曳声纳：A/N—SQS—35
拖曳线阵以及声纳浮标等
水声的民用:
测深：常规测深仪、底层剖面仪、旁视声纳
多普勒测速仪
鱼探仪：前视主动声纳
助鱼设备：计数、诱鱼
助潜设备：手提式小型的定位声纳
定位标志：新标、应答器
通讯与遥测
控制：声释放器、油井井口流量控制
声学流量级、波高传感器
1。4内容安排
以声纳方程为主线,对它的每个参数从