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海洋声学  021M2040H

学期:2016-2017学年秋 | 课程属性:一级学科普及课 | 任课教师:吴立新
课程编号: 021M2040H 课时: 50 学分: 3.0
课程属性: 一级学科普及课 主讲教师:吴立新
英文名称: Ocean Acoustics

教学目的、要求

本课程为声学与声学信号处理研究生的专业普及课。本课程讲述声波在水介质中辐射、传播和接收时的各种现象和规律以及利用这些现象和规律为国防、航海、渔业、海洋开发等应用中的水下探测、通讯、导航、定位、监测、测绘等人类活动服务。本课程以声纳方程为主线,系统讲述了海洋声学的基本知识,重点说明声波在海水介质中传播时遵循的基本规律、呈现的基本现象、形成机理以及它们对声纳设备工作的影响。本课程着重于物理概念,物理图像与意义,基本分析方法与技能,实验数据、曲线图表的正确处理与使用等。本课程为从事水声物理、水声工程工作者提供必需的海洋声学基础知识。

预修课程

声学基础、高等数学、数学物理方法

教 材

《水声学原理》,刘伯胜,雷家煜,哈尔滨船舶工程学院出版社。

主要内容

第一章	绪论(3学时)
本章通过专题讲座形式概要介绍水声学与海洋声学的科学技术概念与内涵,海洋声学研究进展与展望,海洋声学研究前沿与热点,以及海洋声学在科学技术、国防安全、经济和社会发展中的重要意义。(教学重点难点:水声学与海洋声学的科学技术概念与内涵)
第二章	水声学与声纳方程(2学时)
本章介绍了水声学发展简史、研究对象及任务,描述了声纳方程及与其紧密联系的声纳参数等相关基础内容。(教学重点难点:水声学、水声物理、水声工程的研究对象与及任务;声纳参数与声纳方程)
第三章	海洋的声学特性(6学时)
本章讨论海水介质及其边界的声学特性,其内容包括海水中的声速、海水中的声吸收以及作为边界面的海面、海底的声学特性。而海洋环境噪声特性在后续章节中专门讲授。(教学重点难点:海水中的声速、海底边界特性、海面边界特性、海洋内部的不均匀特性)
第四章	海洋中的声传播理论(10学时)
本章讲述海洋中声传播的基本理论,对射线理论的基本内容、适用条件等做了比较详细的讨论,同时对波动理论的基本内容、简正波法、格林函数法等作了简要介绍,并比较了两种理论的优缺点和适用范围。(教学重点难点:波动方程和定解条件、波动声学中的简正波方法、射线声学中的程函方程与强度方程、射线声学适用条件)
第五章	典型海洋环境下声场(10学时)
本章应用海洋中的声传播理论分析处理了几种常见海洋环境条件下的声传播和声场特征问题,给出了相应的声传播规律及声场特征的物理解释。(教学重点难点:邻近海面的水下点源声场、表面声道、深海声道、深海负梯度与深海负跃层、浅海声场)。
第六章	声波在海中目标上的散射与反射(5学时)
本章简要论述了海洋中目标上的声散射和声反射理论,以简单几何形状目标为例介绍了散射与反射声场的分析研究方法,最后给出了常见声纳目标的目标强度计算方法及一般特性。(教学重点难点:海洋中声散射与反射的基本概念和物理意义、海洋中声散射的基本理论、简单几何体的目标强度)
第七章	海洋中的混响(5学时)
本章简要陈述了海洋中混响理论的基本内容,分析了体积混响、海面混响、海底混响的形成机理和一般特性。(教学重点难点:体积混响、海面混响、海底混响、典型海洋混响的一般特征)
第八章	海洋噪声(5学时)
本章简要讲述了海洋噪声的基本内容,分析了海洋噪声的形成机理和一般特性、海洋噪声的分类与主要噪声源、海洋噪声的变化规律与长期趋势、海洋噪声的建模与数据库。(教学重点难点:海洋环境噪声的统计特征、海洋环境噪声分类与主要噪声源、海洋环境噪声的平稳性与变化特征、目标辐射噪声与自噪声、海洋噪声的建模与数据库)
第九章	海洋中的声起伏(1学时)
本章简要介绍了海洋中声传播起伏的基本内容,分析了海水介质随机不均匀性引起的声传播起伏、界面随机不平整性引起的声传播起伏、海洋内波等中尺度海洋动力过程引起的声传播起伏。(教学重点难点:时间相关与起伏谱特征、空间横向相关、空间纵向相关的起伏特征、界面与内波等引起的声传播起伏特征)
第十章	声纳方程的应用(2学时)
本章通过几个典型实例分析了声纳方程的应用方法。(教学重点难点:声纳方程的应用方法)
第十一章	计算海洋声学(1学时)
本章简要介绍了计算海洋声学的概念、声传播模型的频域与时域建模讲述及计算海洋声学的应用方法。(教学重点难点:计算海洋声学的概念、主要声传播模型的建模技术、计算海洋声学的应用方法)
教学手段和方法:
本课程以课堂多媒体讲授为主,部分重点难点辅以板书讲授,同时穿插少量课堂讨论和习题讲解并适量安排专题讲座。
考核方式:
考核方式包括笔试成绩(80%)和平时成绩(20%)两部分,笔试成绩含闭卷笔试(60%)和课堂开卷(40%)两部分,平时成绩包括课外习题和文献阅读报告等。

参考文献

1.	《海洋声学基础》,布列霍夫斯基,雷桑诺夫,海洋出版社。
2.	《海洋声学》,布列霍夫斯基。
3.	《水声原理》,尤立克,哈尔滨船舶工程学院出版社。
4.	分层介质中的波,布列霍夫斯基,科学出版社。
5.	 《Computational Ocean Acoustics》,Finn B.Jensen, William A.Kuperman, Michael B.Porter, Henrik Schmidit。

授课时间: 星期三, 第5、6、7节
授课地点: 教1-107
授课周次: 2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19

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