水声学
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spContent=几十年前人类便翱翔在太空、行走于月球,那么什么时候才可以去海洋内部走走看看?海洋内部可以打电话吗?能上网吗?有没有导航软件为我们指路?随着水声工程和水声技术的发展,一切皆有可能,但必须从水声学课程学习开始,它将为您提供水下探测、识别、定位、导航、通讯、遥感和遥测所需的原理或方法!
—— 课程团队
课程概述

(1)我校的《水声学》是国内最早面向本科生开设的,拥有水声工程国家重点学科、第一批博士点、第一批博士后流动站、水声技术国家级重点实验室支撑;拥有一流的师资队伍、自编教材、国家级精品课程和国家精品资源共享课程支撑,始终引领着我国水声学尖端人才的培养。

(2)水声学是声学的一个分支学科,主要解决声波在水下的辐射、传播与接收过程中涉及的相关声学问题,包括声纳系统、海洋环境、声传播理论、海洋中的声传播规律、水下物体的声散射、海洋环境的声散射及海洋环境噪声等。

(3)水声学为水声工程专业核心课程,内容为水声领域的基础理论,具有很强的理论性,学习之前需要掌握一定的数理基础和声学基本概念。幕课中通过公式推导、案例教学等手段将复杂内容形象化,抽象问题具体化,使得学者通过自学就能够掌握本课程的主要内容。

(4)学习本课程后,学者将掌握简正波理论和射线声学理论、规则物体的声散射分析理论、海面海底的声散射分析理论,将能够应用所学理论揭示声波在海洋中的传播规律、分析海洋环境对声传播的影响规律、掌握水下物体的声散射能力、掌握海洋环境声散射强度的衰减规律、计算水下噪声强度,最终进行简单声纳系统的设计及工作特性分析。本课程的学习将为非水声专业本科生报考水声工程专业硕士研究生创造必要条件,也为水声工程专业硕士、博士研究生继续学习水声方向课程提供必要基础。

授课目标

通过声纳系统与声纳方程、海洋环境的声学特性、海洋中的声传播理论、目标声散射、海洋混响、水下噪声内容的讲授,使学生掌握声波在海洋中传播时的基本现象、规律和机理以及对声纳设备的影响,具备解释声传播现象和解决简单水声工程实际问题的能力,培养继续从事水声学习和科研工作的专业人才。

课程大纲

第1章 声纳方程

1.1 水声学的发展

1.2 水声学的研究对象

1.3 水声学的主要应用

1.4 水声学课程介绍

1.5 声纳系统的概念

1.6.1 声纳参数(I)

1.6.2 声纳参数(II)

1.7 声纳方程

1.8 组合声纳参数

1.9.1 发射换能器阵的指向性(I)

1.9.2 发射换能器阵的指向性(II)

1.10 接收换能器阵的指向性

1.11 阵增益

第1单元测验

第2章 海洋的声学特性

2.1 海水中的声速

2.2.1 海水中的声传播衰减 I

2.2.2 海水中的声传播衰减 II

2.3.1 海底的声散射

2.3.2 海底的声反射特性

2.3.3 海底沉积物声速频散与衰减

2.4 海面的声学特性

第2单元测验

第3章 海洋中的声传播理论

3.1 波动方程

3.2 定解条件

3.3 分离变量法

3.4 硬底均匀浅海的简正波

3.5 硬底均匀浅海声场

3.6 液态海底均匀浅海声场

3.7 射线声学基础

3.8 射线声学的基本方程和应用条件

3.9.1 程函方程的不同表示形式

3.9.2 程函方程的应用

3.10 强度方程的物理意义

3.11 射线声学声强基本公式

3.12 Snell定律与声线轨迹

3.13 声线传播距离与传播时间

3.14 波动理论与射线理论的比较

第3单元测验

第4章 典型传播条件下的声传播

4.1 邻近海面的水下点源声场

4.2 表面声道的声线参数

4.3.1 表面声道的声传播特性 I

4.3.2 表面声道的声传播特性 II

4.4 深海声道的声传播特性

4.5 深海负梯度与负跃层的声传播特性

4.6 硬底均匀浅海声场的虚源表示

4.7 弹性海底均匀浅海声场的虚源表示

第4单元测验

第5章 声波在目标上的反射和散射

5.1 刚性大球的目标强度

5.2 潜艇的目标强度

5.3 目标强度的实验测量方法

5.4 目标回波的形成及特征

5.5 刚性球体的散射声场

5.6 弹性球体的散射声场

5.7 Helmholtz 积分方法

第5单元测验

第6章 海洋中的混响

6.1 海洋混响基本概念

6.2 体积混响

6.3 海水中气泡的声学特性

6.4 海面混响

6.5 海底混响

6.6 混响的统计特性

6.7 主动声纳方程的应用

第6单元测验

第7章 水下噪声

7.1 噪声的基本概念

7.2 海洋环境噪声

7.3 均匀各向同性噪声空间相关特性

7.4 被动声纳方程的应用

7.5.1 舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声 I

7.5.2 舰船、潜艇和鱼雷的辐射噪声 II

7.6 舰船、潜艇和鱼雷的自噪声

7.7 舰船噪声控制简介

第7单元测验

第8章 声传播起伏

8.1 海水温度的随机不均匀性和声传播起伏

8.2 介质随机不均匀性的声散射引起的声传播起伏

8.3 随机界面上的声散射和声传播起伏

预备知识

(1)大学物理

(2)高等数学,复变函数,概率论与数理统计,数学物理方法,计算方法

(3)声学理论基础


证书要求

(1)单元测验占课程成绩的30%,满分30分

(2)课堂讨论占课程成绩的30%,满分30分

(3)考试占课程成绩的40%,满分40分

(4)课程成绩达到60-84分为合格,可获得免费的电子版合格证书;

(5)课程成绩达到85分及以上为优秀,可获得免费的电子版优秀证书

参考资料

[1]  刘伯胜,雷家煜.水声学原理(第二版).哈尔滨工程大学出版社,2010

[2]  A. D. Waite著,王德石译.实用声纳工程(第三版).电子工业出版社,2004

[3]  周福洪.水声换能器及基阵.国防工业出版社,1984

[4]  Darrell R. Jackson,Michael D. Richardson著,刘保华,阚光明等译.高频海底声学.海洋出版社,2014

[5]  R. J. 尤立克著,洪申译.水声原理.哈尔滨船舶工程学院出版社,1989

[6]  汪德昭,尚尔昌.水声学(第二版).科学出版社,2013

[7]  http://atoc.ucsd.edu

[8]  http://oalib.hlsresearch.com

[9]  声学学报.科学出版社,1964-,哈尔滨工程大学图书馆报刊阅览室

[10]美国声学学报(The Journal of the Acoustical Society of America).美国物理所,1929-,哈尔滨工程大学图书馆西文期刊阅览室