《水声学》课程教学资源（PPT课件）第6章 海洋中的混响（2/2）

第6章海洋中的混响第十八讲海底混响、体积混响

第6章 海洋中的混响 第十八讲 海底混响、体积混响

本讲主要内容海底混响海底混响的理论处理海底散射强度口关于海底反向散射的理论解释混响的统计特性分布函数及平均起伏率混响的相关特性口频率分布混响的预报

2 本讲主要内容 ◼ 海底混响 ❑ 海底混响的理论处理 ❑ 海底散射强度 ❑ 关于海底反向散射的理论解释 ◼ 混响的统计特性 ❑ 分布函数及平均起伏率 ❑ 混响的相关特性 ❑ 频率分布 ◼ 混响的预报

海底混响口海底混响的理论处理海底散射的几何关系如右图所示。收发合置换能器距离海底高度为H，它们的指向性分别为b(0,@)b(0,)。根据实际情况,H<<r，所以α～元/2,dgRdR这使得反向散射过程与换能ds器垂直指向性基本无关，故指向性可近似为b(0,P),b(0,P)

3 ◼ 海底混响 ❑ 海底混响的理论处理 海底散射的几何关系 如右图所示。收发合置换 能器距离海底高度为 H ， 它们的指向性分别为 、 。根据实际情况， ，所以 ， 这使得反向散射过程与换能 器垂直指向性基本无关，故 指向性可近似为 ， 。 b (, ) b  (, ) H  r    / 2 b ( 0 , ) b  ( 0 , )

海底混响口海底混响的理论处理类似于体积混响理论处理的推导过程，海底混响的有效散射声强为：下S,b(0, p)b(0, p)dsSp=10lg(Sp)为海底反向散射dgRdR强度；面元ds = RdRd Φ

4 ◼ 海底混响 ❑ 海底混响的理论处理 类似于体积混响理论处理的推导过程，海底混响 的有效散射声强为： 为海底反向散射 强度；面元 c / 2  =   A scat Sb b b ds r I I (0, ) (0, ) 4 0   ( ) b Sb S =10lg  ds = RdRd

海底混响口海底混响的理论处理用一个理想指向性图Φ替代发收组合的指向性束宽：ct2元l0RS,b(0, p)b'(0, )dRd pscatJoVCTrS,b(0, p)b'(0, p)dp~42y由1×ld=Φb(0, Φ)b'(0, Φ)dp =/oCTrs'Q得海底散射声强scatA2?

5 ◼ 海底混响 ❑ 海底混响的理论处理 用一个理想指向性图 替代发收组合的指向性 束宽： 由 得海底散射声强：       =   +           2 0 4 0 2 2 0 4 0 (0, ) (0, ) 2 (0, ) (0, ) b b d c rS r I RS b b dRd r I I b c r r scat b     =  =        0 2 0 b(0, )b (0, )d 1 1d   2 c rS r I I 4 b 0 scat = 

海底混响口海底混响的理论处理特点1）海底散射声强度正比于发射声强、发射声信号脉冲宽度、收-发组合指向性束宽；2）与距离的三次方成反比，即随时间三次方衰减海底混响的等效平面波混响级表达式：CTrdRL = SL-40lg r + S, +10lg2海底散射强度7海底散射强度主要受底质、掠射角和频率影响

6 ◼ 海底混响 ❑ 海底混响的理论处理 ◼ 特点 1）海底散射声强度正比于发射声强、发射声信号 脉冲宽度、收-发组合指向性束宽； 2）与距离的三次方成反比，即随时间三次方衰减 ◼ 海底混响的等效平面波混响级表达式： ❑ 海底散射强度 海底散射强度主要受底质、掠射角和频率影响。       = − + + r c RL SL r Sb 2 40lg 10lg 

海底混响口海底散射强度与声波频率的关系1）比较平滑的海底（泥浆底或砂底）：在很宽频率范围内，随频率以3dB/倍频程增大：2）岩石、砂和岩石及淤泥、贝壳海底：与频率基本无关。解释：海底粗糙程度影响散射过程：粗糙度大于波长，海底反向散射与频率无关：粗糙度小于波长时散射强度随频率增大。根据海底散射强度随频率变化，将海底粗糙度分为三类

7 ◼ 海底混响 ❑ 海底散射强度 ◼ 与声波频率的关系 1）比较平滑的海底（泥浆底或砂底）：在很宽频 率范围内，随频率以3dB/倍频程增大； 2）岩石、砂和岩石及淤泥、贝壳海底：与频率基 本无关。 解释：海底粗糙程度影响散射过程：粗糙度大于波 长，海底反向散射与频率无关；粗糙度小于波长时， 散射强度随频率增大。根据海底散射强度随频率变 化，将海底粗糙度分为三类

海底混响口海底散射强度与声波频率的关系根据海底散射强度随频率变化，将海底粗糙度分为三类。口有不大起伏的深海海底平原。粗糙度大体与波长相比拟，散射强度随频率而增长；口多有水下山脉，海底不平。散射强度无明显频率关系，可用Lambert定律描述：口介于以上两类海区。散射强度亦介于两类海区散射强度随角度和频率的变化关系之间。8

8 ◼ 海底混响 ❑ 海底散射强度 ◼ 与声波频率的关系 根据海底散射强度随频率变化，将海底粗糙 度分为三类。 ❑ 有不大起伏的深海海底平原。粗糙度大体与波 长相比拟，散射强度随频率而增长； ❑ 多有水下山脉，海底不平。散射强度无明显频 率关系，可用Lambert定律描述； ❑ 介于以上两类海区。散射强度亦介于两类海区 散射强度随角度和频率的变化关系之间

海底混响海底散射强度与海底底质和角度的关系+1024千栋01-3千棘2.5千就55和60千00.5~1.0千H100T栋030千栋砂和岩石41砂砂R28汾花30砂30泥求A10尼浆405060708090010203001020306040570O掠射角（度）掠射龟（度）在沿海各个站位上测量得低频海底反向散射强度到的海底反向散射强度与掠射角的关系

9 ◼ 海底混响 ❑ 海底散射强度 ◼ 与海底底质和角度的关系 在沿海各个站位上测量得 低频海底反向散射强度 到的海底反向散射强度 与掠射角的关系

海底混响口海底散射强度与海底底质和角度的关系常识：海底散射强度大于海水的体积散射和海面散射强度，对于工作在近海底的主动声纳来讲，海底混响可能成为主要干扰背景。口关于海底反向散射的理论解释产生散射的主要原因是海底的起伏不平整性及表层的粗糙度；海底对声波的散射作用的本质是将投射到海底的声能量在空间中进行了重新分配；强粗糙面上的散射问题可用兰伯特（Lambert）定律描述。10

10 ◼ 海底混响 ❑ 海底散射强度 ◼ 与海底底质和角度的关系 常识：海底散射强度大于海水的体积散射和海面散射强 度，对于工作在近海底的主动声纳来讲，海底混响可能 成为主要干扰背景。 ❑ 关于海底反向散射的理论解释 ◼ 产生散射的主要原因是海底的起伏不平整性及表层的粗 糙度； ◼ 海底对声波的散射作用的本质是将投射到海底的声能量 在空间中进行了重新分配； ◼ 强粗糙面上的散射问题可用兰伯特（Lambert）定律描 述