《水声学》课程教学资源（PPT课件）第3章 海洋中的声传播理论（3/4）

第3章海洋中的声传播理论第八讲射线声学基础

第3章 海洋中的声传播理论 第八讲 射线声学基础

科研案例涡旋声源海底山海洋声信道模型

2 声源 涡旋 海底山 ◼ 科研案例 海洋声信道模型

科研案例声速/ms-11480149015001510152015301540-500声线轨迹绘制-1000/-1500-2000-2500-3000声速剖面

3 声线轨迹绘制 ◼ 科研案例 声速剖面

本讲主要内容射线声学的基本方程（重点、难点）射线理论的应用条件（重点、难点）

4 本讲主要内容 ◼ 射线声学的基本方程（重点、难点） ◼ 射线理论的应用条件（重点、难点）

射线声学的基本方程射线声学：把声波的传播看作是一束无数条垂直等口相位面的射线的传播。口声线：与等相位面垂直的射线。传播距离：声线途经的距离代表波传播的距离。传播时间：声线经历的时间为波传播的时间。口声能量：声线束所携带的能量为波传播的声能量。口射线声学不代表波动方程的精确解，它是代表在一定条件限制下波动方程的近似解

5 ◼ 射线声学的基本方程 ❑ 射线声学：把声波的传播看作是一束无数条垂直等 相位面的射线的传播。 ❑ 声线：与等相位面垂直的射线。 ❑ 传播距离：声线途经的距离代表波传播的距离。 ❑ 传播时间：声线经历的时间为波传播的时间。 ❑ 声能量：声线束所携带的能量为波传播的声能量。 ❑ 射线声学不代表波动方程的精确解，它是代表在一 定条件限制下波动方程的近似解

射线声学的基本方程沿任意方向传播的平面波1Φ = Aej(ot-kr)波矢量的方向余弦波矢量合=CoSαkkky=cosBJkk.位置矢量=COSYkx6

6 ◼ 射线声学的基本方程 ❑ 沿任意方向传播的平面波 ◼ 波矢量的方向余弦 j( t k r ) Ae   −  =   = cos k kx = cos k ky = cos k kz o x y z k  r  波矢量 位置矢量

射线声学的基本方程声线相互平行，互不相交，声均匀介质平面波：波振幅处处相等。声线等相位面

7 ◼ 射线声学的基本方程 ◼ 均匀介质平面波：声线相互平行，互不相交，声 波振幅处处相等。 等相位面 声线

射线声学的基本方程口均匀介质球面波：声线是由点源沿外径方向放射的声线束，互不相交，等相位面（波阵面）为同心球面，声波振幅随距离衰减等相位面声线X

8 声线 ◼ 射线声学的基本方程 ❑ 均匀介质球面波：声线是由点源沿外径方向放射的 声线束，互不相交，等相位面（波阵面）为同心球 面，声波振幅随距离衰减

射线声学的基本方程口非均匀球面波：声线方向因位置变化而变化，声线束是由点源向外放射的曲线束组成，等相位面（波阵面）不再是同心球面等相位面声线

9 声线 ◼ 射线声学的基本方程 ❑ 非均匀球面波：声线方向因位置变化而变化，声线 束是由点源向外放射的曲线束组成，等相位面（波 阵面）不再是同心球面

射线声学的基本方程口波动方程：0pOat?假设其形式解为：p(x, y, z,t)= A(x, y, z)exp[i(ot -k(x, y, z)p(x, y, z)= A(x , y, z)exp [i(ot - kop(x , y, z)00Co= kon(x, ,z)kCo c(x,Y10

10 ◼ 射线声学的基本方程 ❑ 波动方程： 假设其形式解为： 0 1 2 2 2 2 =    − t p c p p(x , y , z, t) A(x , y , z)expj( t k(x , y , z) (x , y , z)) =  − 1 ( ) ( ) k n(x y z) c x y z c c x y z c k , , , , , , 0 0 0 = = =   A(x , y , z)exp j( t k (x , y , z)) =  − 0 