信息论第0章绪论

1、水声学水声学Underwater AcousticsUnderwater Acoustics 海洋是人类生命的摇篮 生命的源泉，生命的起源，科学探索，深海生命现象。 海洋是人类赖以生存的宝库 海洋资源之多少？几乎人类生存所需要的一切资源，食品、能源、矿物、金属、石油、天然气. 探测？勘探方法？开采？ 海洋是人类生存和发展的主要空间 海洋环境的恶化加剧，海洋灾害频繁。 海洋环境监测？水声学绪论21 1、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵 陆地上的信息获取 电磁波 光波 声波 电磁波是最有效的信息载体 探测雷达 导航与定位GPS 通信有线、无线、卫星通信水声学绪论31 1、水声学的基本内涵、水声学

2、的基本内涵水声学绪论41 1、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵水声学绪论51 1、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵ATOC实验实验-低频声源低频声源ATOC实验实验-声波传播路径声波传播路径水声学绪论61 1、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵air-oceaninterfaceoceanvolumeoceansubbottom水声学绪论71 1、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵p水声学是围绕水声技术、水声对抗技术和水声工程的基本需水声学是围绕水声技术、水声对抗技术和水声工程的基本需求来开展科学研究的。求来开展科学研究的。 水声技术水声技术 利用声波作为信息载体来实现水下探测、定位、导航

3、利用声波作为信息载体来实现水下探测、定位、导航和通信的原理与方法。和通信的原理与方法。 水声对抗技术水声对抗技术 在军事上，对抗水下声探测、定位、导航和通信的技在军事上，对抗水下声探测、定位、导航和通信的技术措施与手段。术措施与手段。 水声工程水声工程 水声技术和水声对抗技术的工程目标实现。水声技术和水声对抗技术的工程目标实现。水声学绪论81 1、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵水声学绪论92 2、水声学的发展简史、水声学的发展简史水声学绪论102 2、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵 一个航海悲剧（一个航海悲剧（1912年）和一次世界大战（年）和一次世界大战（1914年）推动年）推动水声

4、学迅速发展。水声学迅速发展。水声学绪论112 2、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵 1912年，年， 英国人英国人Alexander Belm描述了回声定位设备。描述了回声定位设备。 1912年，英国人年，英国人L.F. Richardon提出了回声定位方案。提出了回声定位方案。水声学绪论122 2、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵 The first working sonar system was designed and built in the United States by Canadian Reginald FessendenReginald Fessenden in 191

5、41914. The Fessenden sonar was an electromagnetic moving-coil oscillator that emitted a low-frequency noise and then switched to a receiver to listen for echoes. It was able to detect an iceberg underwater from 2 miles away, although with the low frequency, it could not precisely resolve its directi

6、on. 水声学绪论132 2、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵nPowerful high frequency ultrasonicultrasonic echo-sounding device was developed by emminent Franch physicist Paul LangPaul Langvinvin and Russian scientist Constantin Constantin ChilowskyChilowsky. They called their device the hydrophonehydrophone. The transducertran

7、sducer of the hydrophone consisted of a mosaic of thin quartz crystals glued between two steel plates with a resonant frequency of 150 KHz. Between 1915 and 1918 the hydrophone was further improved in classified research activities and was deployed extensively in the surveillance of German U-boats a

8、nd submarines. The first known sinking of a submarine detected by hydrophone occurred in the Atlantic during World War I in April,1916. 水声学绪论142 2、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵 反潜，法国、英国和美国，主动声呐反潜，法国、英国和美国，主动声呐 郎之万振子，夹心石英预应力换能器郎之万振子，夹心石英预应力换能器 磁致伸缩换能器磁致伸缩换能器 电子管振荡器和放大器电子管振荡器和放大器 压电陶瓷压电陶瓷 透声橡胶透声橡胶 水声传播机理水声传播机理“下午

9、效应下午效应” 水声物理研究水声物理研究传播、噪声、目标、混响的基本理论传播、噪声、目标、混响的基本理论 潜艇攻击，德国的被动声呐潜艇攻击，德国的被动声呐听音系统听音系统 潜艇隐身技术，消声瓦潜艇隐身技术，消声瓦水声学绪论152 2、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵 传感器技术传感器技术 拖曳线列阵技术拖曳线列阵技术 水声信号处理技术水声信号处理技术 水声物理学研究水声物理学研究“深海声道效应深海声道效应” 减振降噪与隐身技术减振降噪与隐身技术p 低频、大功率、大基阵和综合信号处理低频、大功率、大基阵和综合信号处理水声学绪论162 2、水声学的基本内涵、水声学的基本内涵水声学绪论173 3、

10、水声学的研究对象、水声学的研究对象水声学水声学水声物理水声物理水声工程水声工程水声系统水声系统水声技术水声技术水声学绪论183 3、水声学的研究对象、水声学的研究对象 水声物理水声物理 海洋环境的声学特性海洋环境的声学特性 海水（声学特性）海水（声学特性） 海底与海面（声学特性）海底与海面（声学特性） 声波在海洋环境中的传播规律声波在海洋环境中的传播规律 海洋混响海洋混响 海洋环境噪声海洋环境噪声 环境、干扰对设备的影响机制环境、干扰对设备的影响机制水声学绪论193 3、水声学的研究对象、水声学的研究对象 水声物理实验研究常用设备水声物理实验研究常用设备水声学绪论203 3、水声学的研究对象、

11、水声学的研究对象 水声物理实验研究常用设备水声物理实验研究常用设备水声学绪论213 3、水声学的研究对象、水声学的研究对象 水声工程水声工程 水声换能器水声换能器 水声基阵水声基阵F水声换能材料水声换能材料F水声换能器设计原理与方法水声换能器设计原理与方法F水声换能器工艺水声换能器工艺F声基阵成阵技术声基阵成阵技术F水声换能器校准计量水声换能器校准计量水声学绪论223 3、水声学的研究对象、水声学的研究对象 水声工程水声工程声系统校准装置声系统校准装置 耦合腔校准系统耦合腔校准系统 中频校准水池定位系统中频校准水池定位系统 高压消声水池高压消声水池 湖上实验场湖上实验场 完成某种职能的相关技术

12、（广义）完成某种职能的相关技术（广义） 水声信号处理、显示技术（狭义）水声信号处理、显示技术（狭义）水声学绪论233 3、水声学的研究对象、水声学的研究对象水声学绪论244 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用 军用军用按载体划分按载体划分舰载声呐舰载声呐(Ship-based Sonar)艇载声呐艇载声呐(Boats set out Sonar)岸基声呐岸基声呐(Shore-based Sonar)机载声呐机载声呐(Airborne Sonar)声纳浮呐声纳浮呐(Sonobuoy)潜标潜标(Submersible buoy)水中兵器水中兵器水声学绪论254 4、水声学的主要应用、水声学的主

13、要应用 军用军用按功能划分按功能划分通信声呐通信声呐导航声呐导航声呐定位声呐定位声呐水雷引信水雷引信探雷声呐探雷声呐水声学绪论264 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用水下目标探测水下目标探测消声瓦使高频回波显著降低。消声瓦使高频回波显著降低。潜艇辐射噪声主要集中于低频线谱。潜艇辐射噪声主要集中于低频线谱。水声学绪论274 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用SONOBUOYS水下目标探测水下目标探测水声学绪论284 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用水下目标探测水下目标探测Airborne Sonar水声学绪论294 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用水下目标探测水下目标探测T

14、owed Long Linear Array水声学绪论304 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用鱼雷和水雷鱼雷和水雷水声学绪论314 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用 民用民用 测深测深 单波束测深仪单波束测深仪 多波束测深仪多波束测深仪 旁视声呐旁视声呐 侧扫声呐侧扫声呐 综合孔径测深仪综合孔径测深仪 测速测速 多普勒测速仪（海流计）多普勒测速仪（海流计） 相关测速仪（海流计）相关测速仪（海流计）水声学绪论324 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用 民用民用 鱼探仪鱼探仪 助渔设备（诱鱼、计数、跟踪）助渔设备（诱鱼、计数、跟踪） 助潜设备助潜设备 水下定位水下定位 信标信标 应

15、答器应答器 通讯与遥测通讯与遥测 声控电灯声控电灯 海底地形测绘海底地形测绘水声学绪论334 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用 海底特性探测海底特性探测水声学绪论344 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用 洋流和海水温度探测洋流和海水温度探测观察点观察点A观察点观察点B声源运动方向声源运动方向多普勒效应多普勒效应水声学绪论354 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用 鱼群探测、跟踪和识别鱼群探测、跟踪和识别水声学绪论364 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用 水声通讯水声通讯水声学绪论374 4、水声学的主要应用、水声学的主要应用 水声定位导航水声定位导航水声学绪论384 4、

16、水声学的主要应用、水声学的主要应用水声学绪论39 声呐及声呐方程声呐及声呐方程 海洋的声学特性海洋的声学特性 海洋中的声传播理论海洋中的声传播理论 典型传播条件下的声场典型传播条件下的声场 声波在目标上的反射和散射声波在目标上的反射和散射 海洋中的混响海洋中的混响 水下噪声水下噪声 声呐方程的应用声呐方程的应用5 5、本课程的主要内容、本课程的主要内容 由声呐方程入手，将所有与声呐系统有关的物理参数联系由声呐方程入手，将所有与声呐系统有关的物理参数联系到一起，了解声呐系统设计、性能预测所需要的基本参数，到一起，了解声呐系统设计、性能预测所需要的基本参数，建立基本的物理概念，明确水声学的主要研究内容与声呐建立基本的物理概念，明确水声学的主要研究内容与声呐系统的关系。系统的关系。 由声呐方程引出有关的水声物理问题，是声